不锈钢专业知识经典讲义.ppt
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1、,Sattva Zhang,Shenzhen,China深圳,中国2007年5月15日,位临人员:中国BYD公司专业项目工程师 印尼BNM公司-Jemi Yao Sattva Zhang 徐志彬 李军,不锈钢专业知识研习 会Seminar on Stainless Steel,一、不锈钢的成份,化 学 成 份 表,铬,碳,镍,铌,铜,一、不锈钢的成份,1.9种元素对不锈钢的性能和组织的重要影响和作用,锰,钛,氮,钼,1-1.铬在不锈钢中的决定作用,一、不锈钢的成份,决定不锈钢性属的元素只有一种,这就是铬,每种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止,还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的
2、主要元素,根本的原因是向钢添加铬作为合金元素以后,促使其内 部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方 面得到说明:铬使铁基固溶体的电极电位提高铬吸收铁的电子使铁钝化 钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多,主要有薄膜论、吸附论及电子排列论,铬1,1.9种元素对不锈钢的性能和组织的重要影响和作用,碳是工业用钢的主要元素之一,钢的性能与组织在很大 程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式,在不锈钢 中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要 表现在两方面,一方面碳是稳定奥氏体的元素,并且作 用的程度很大(约为镍的3
3、0倍),另一方面由于碳和铬 的亲和力很大,与铬形成系列复杂的碳化物。所以,从强度与耐腐烛性能两方面来看,碳在不锈钢中的作用是互相 矛盾的。认识了这一影响的规律,我们就可以从不同的使用要求出发,选择不同含 碳量的不锈钢。例如工业中应用最广泛的,也是最起码的不锈钢0Crl34Cr13这五个钢号 的标准含铬量规定为1214,就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才 决定的,目的即在于使碳与铬结合成碳化铬以后,固溶体中的含铬量不致低于11.7%这一最低限度的含铬量。,一、不锈钢的成份,1-2.碳在不锈钢中的两重性,碳2,1.9种元素对不锈钢的性能和组织的重要影响和作用,1-2.碳在不锈钢中的两重性
4、 就这五个钢号来说由于含碳量不同,强度与耐腐蚀性能也是有 区别的,0Cr13 2Crl3钢的耐腐蚀性较好但强度低于3Crl3和 4Cr13钢,多用于制造结构零件,后两个钢号由于含碳较高 而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度及耐 磨的零件。又如为了克服188铬镍不锈钢的晶间腐蚀,可以将钢 的含碳量降至0.03以下,或者加入比铬和碳亲和力更大的元素(钛或铌),使之不形成碳化铬,再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时,我们可以在增加钢的含碳量的同时适,一、不锈钢的成份,碳2,当地提高含铬量,做到既满足硬度与耐磨性的要求,又兼顾定的耐腐蚀功能,工业上用作 轴承、量 具与刃具有不锈钢9Cr18和
5、9Cr17MoVCo钢,含碳量虽高达0.850.95由于它们的含铬 量也相应地提高了,所以仍保证了耐腐蚀的要求。总的来讲,目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是较低的,大多数不锈钢的含碳量在0.10.4之间,耐酸钢则以含碳0.10.2的居多。含碳量大于0.4的不锈钢仅占钢号总数的一小部分,这是因为在大多数使用条件下,不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。此外,较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求,如易于焊接及冷变形等。,1.9种元素对不锈钢的性能和组织的重要影响和作用,1-3.镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的,一、不锈钢的成份,镍是优良的耐腐蚀材料,也是合金钢的重要合金 化元素。镍在钢中是
6、形成奥氏体的元素,但低碳 镍钢要获得纯奥氏体组织,含镍量要达到24;而只有含镍27时才使钢在某些介质中的耐腐 蚀性能显著改变。所以镍不能单独构成不锈钢。但是镍与铬同时存在于不锈钢中时,含镍的不锈钢却具有许多可贵的 性能。基于上面的情况可知,镍作为合金元素在不锈钢中的作用,在 于它使高铬钢的组织发生变化,从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性 能获得某些改善。,镍3,1.9种元素对不锈钢的性能和组织的重要影响和作用,1-4.锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍,一、不锈钢的成份,铬镍奥氏体钢的优点虽然很多,但近几十年来由 于镍基耐热合金与含镍20以下的热强钢的大量发 展与应用,以及化学工业日益发展对不锈钢的需
7、要 量越来越大,而镍的矿藏量较少且又集中分布在少 数地区,因此在世界范围内出现了镍在供和需方面的矛盾。所以在不锈钢与许多其他合金领域(如大型铸锻件用钢、工具钢、热强钢等)中,特别是镍的资源比较缺乏的国家,广泛地开展了 节镍和以其他元素代镍的科学研究与生产实践,在这方面研究和应 用比较多的是以锰和氮来代替不锈钢与耐热钢中的镍。,锰和氮4 5,1.9种元素对不锈钢的性能和组织的重要影响和作用,锰对于奥氏体的作用与镍相似。但说得确切一些,锰的 作用不在于形成奥氏体,而是在于它降低钢的临界淬火 速度,在冷却时增加奥氏体的稳定性,抑制奥氏体的 分解,使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。在提 高钢的耐腐蚀
8、性能方面,锰的作用不大,如钢中的 含锰量从0到104%变化,也不使钢在空气与酸中的耐 腐蚀性能发生明显的改变。这是因为锰对提高铁基固溶体的 电极电位的作用不大,形成的氧化膜的防护作用也很低,所以工业上虽 有以锰合金化的奥氏体钢(如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等),但 它们不能作为不锈钢使用。锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一,即2的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体,并且作用的程度比镍还要大。例 如,欲使含18铬的钢在常温下获得奥氏体组织,以锰和氮代镍的低镍不锈 钢与元镍的铬锰氮不诱钢,目前已在工业中获得应用,有的已成功地代替了 经典的18-8铬镍不锈钢。,一、不
9、锈钢的成份,锰和氮4 5,1-4.锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍,1.9种元素对不锈钢的性能和组织的重要影响和作用,1-5.不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀,一、不锈钢的成份,1-6.钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能,钛或铌6 7,钼和铜8 9,以上主要的九种元素对不锈钢的性能和组织的影响,除这些元素 对不锈钢性能与组织影响较大的元素以外,不锈钢中还含有一些其他 的元素。有的是和一般钢一样为常存杂质元素,如硅、硫、磷等也 有的是为了某些特定的目的而加入的,如钴、硼、硒、稀土元素等。从不锈钢的耐腐蚀性能这一主要性质来说这些元素相对影响于已讨论的 九种元素,都是非主要方面的,虽然如此,但也不能
10、完全忽略,因为 它们对不锈钢的性能与组织同样也发生影响。,1.9种元素对不锈钢的性能和组织的重要影响和作用,一、不锈钢的成份,.各种元素对不锈钢的性能和组织的次要影响和作用,2-1.硅 硅是形成铁素体的元素,在一般不锈钢中为常存杂质元素。2-2.钴 钴作为合金元素在钢中应用不多。这是因为钴的价格高及其在其它方面(如高速钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁钢或硬磁合金等)有着更重要的用途。在一般不锈钢中加钴作合金元素的也不多,常用不锈钢如9Crl7MoVCo钢(含1.2-1.8钴)加钴,目的并不在于提高耐腐蚀性能而在于提高硬度,因为这种不锈钢的主要用途是制造切片机械刃具、剪刀及手术刀片等。,一、不锈钢
11、的成份,.各种元素对不锈钢的性能和组织的次要影响和作用,2-3.硼 硼高铬铁素体不锈钢Crl7Mo2Ti钢中加0005硼,可使在沸腾的65醋酸中的耐腐蚀性能提高。加微量的硼(0.00060.0007)可使奥氏体不锈钢的热态塑性改善。少量的硼由于形成低熔点共晶体,使奥氏体钢焊接时产生热裂纹的倾向增大,但含有较多的硼(0506)时,反而可防止热裂纹的产生。因为当含有0506的硼时,形成奥氏体硼化物两相组织,使焊缝的熔点降低。熔池的凝固温度低于半溶化区时,母材在冷却时产生的张应力,由处于液态固态的焊缝金属承受,此时是不致引起裂缝的,即使在近缝区形成了裂纹,也可以为处于液态固态的熔池金属所填充。含硼的
12、铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有着特殊的用途。,一、不锈钢的成份,2-4.磷 磷在一般不锈钢中都是杂质元素,但其在奥氏体不锈钢中的危害性不像在一般钢中那样显著,故含量可允许高一些,如有的资料提出可达006,以利于冶炼控制。个别的含锰的奥氏体钢的含磷量可达006(如2Crl3NiMn9钢)以至0.08(如Cr14Mnl4Ni钢)。利用磷对钢的强化作用,也有加磷作为时效硬化不锈钢的合金元素,PH1710P钢(含025磷)乃PHHNM钢(含030磷)等。2-5.硫和硒 硫和硒在一般不锈钢中也是常有杂质元素。但向不锈钢中加0204的硫,可提高不锈钢的切削性能,硒也具有同样的作用。硫和硒提高不锈钢的切削
13、性能,是因为它们降低不锈钢的韧性,例如一般188铬镍不锈钢的冲击值可达30公斤/厘米2。含031硫的188钢(0084C、1815Cr、925Ni)的冲击值为18公斤/平方厘米;含0。22硒的188钢(0094C、184Cr、9Ni)的冲击值为324公斤/平方厘米。硫与硒均降低不锈钢的耐腐蚀性能,所以实际应用它们作为不锈钢的合金化元素的很少。,.各种元素对不锈钢的性能和组织的次要影响和作用,2-5.稀土元素 稀土元素应用于不锈钢,目前主要在于改善工艺性能方面。如向Crl7Ti钢和Cr17Mo2Ti钢中加少量的稀土元素,可以消除钢锭中因氢气引起的气泡和减少钢坯中的裂纹。奥氏体和奥氏体铁素体不锈钢
14、中加00205的稀土元素(铈镧合金),可显著改善锻造性能。曾有一种含195%铬、23镍以及钼铜锰的奥氏体钢,由于热加工工艺性能在过去只能生产铸件,加稀土元素后则可轧制成各种型材。,.各种元素对不锈钢的性能和组织的次要影响和作用,一、不锈钢的成份,链接资料匆删中日对照表.doc,3.不锈钢国际牌号对照,一、不锈钢的成份,二.不锈钢使用领域,二、不锈钢特性和用途,二.不锈钢使用领域,二、不锈钢特性和用途,二.不锈钢使用领域,二、不锈钢特性和用途,1一般特性 表面美观以及使用可能性多样化 耐腐蚀性能好,比普通钢长久耐用 耐腐蚀性好 强度高,因而薄板使用的可能性大 耐高温氧化及强度高,因此能够抗火灾
15、常温加工,即容易塑性加工 因为不必表面处理,所以简便、维护简单 清洁,光洁度高 焊接性能好,三、不锈钢的性能,2物理性能 热膨胀系数 因温度变化而引起物质量度元素的变化。膨胀系数是膨胀温度曲线 的斜率,瞬时膨胀系数是特定温度下的斜率,两个指定的温度之间的平均斜率是平均热膨胀系数。膨胀系数可以用体积或者是长度表示,通常是用长度表示。密度 物质的密度是该物质单位体积的质量,单位是kg/m3或1b/in3。弹性模量 当施加力于单位长度棱住的两端能引起物体在长度上的单位变化时,单位面积上所需的力称为弹性模量。单位为1b/in3或N/m3。电阻率 在单位长度立方体材料的两对面之间测量的电阻,单位用m,c
16、m或(已废的)/(circular mil.ft)来表示。磁导率 无量纲系数,表示物质易被磁化的程度,是磁感应强度与磁场强度之比。,三、不锈钢的性能,2物理性能 熔化温度范围 确定合金开始凝固和凝固完了的温度。比热 单位质量的物质温度改变1度所需要的热量。在英制和CGs制中二者比热的数值相同,因为热量的单位(Biu或cal)取决于单位质量的水升高1度听需的热量。国际单位制中比热的数值与英制或CGS制是不同的,因为能量的单位(J)是按不同的定义定的。比热的单位是Btu(1b0F)及J/(kg k)。热导率 物质导热的速率的量度。在单位截面积物质上建立单位长度上的1度的温度梯度时,那么热导率定义为
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