不銹鋼有許多分類方法,如按化學成分分類,按功能特點分類,按金相組織和熱處理特征分類等。從熱處理生產工藝考慮,按金相組織和熱處理特征分類更具有實際意義。這也是常見的分類方法。在我國的相關標準中,如GB 1220《不銹鋼棒》、GB 2100《不銹耐酸鋼技術條件》,均是按這種方法分類的。其中,沉淀硬(ying)化(hua)不銹鋼的分類還考慮了熱處理特征。所謂按金相組織分類,就是指把鋼加熱到某一高溫溫度后快速冷卻到室溫所能獲得的金相組織種類。
不銹鋼按金相組織和熱處理特征分類,基本上可分為鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型、沉淀硬化型、鐵素體-奧氏體型(即本書中的雙(shuang)相不銹鋼)等五種類型。這里需要說明的是:有些不銹鋼,如1Cr13,加熱快冷后的金相組織是在馬氏體基體上含有少量鐵素體;9Cr18加熱并快冷后,金相組織是在馬氏體基體上含有少量碳化物;0Cr13Ni4Mo加熱快冷后,金相組織是在馬氏體基體上含有少量奧氏體;ZG1Cr18Ni9 加熱快冷后的金相組織是在奧氏體基體上含有少量鐵素體等,本書對它們都是以所獲得的基體組織為準分別歸屬馬氏體不銹鋼(gang)或奧氏體(ti)不銹鋼,而不在雙相不銹鋼范圍之內,本書中的雙相不銹鋼特指高溫加熱后快速冷卻到室溫,同時獲得鐵素體和奧氏體兩相組織的不銹鋼,且其中一相含量不低于25%。
這五類(lei)不銹鋼在成分,金(jin)相組織,耐(nai)腐蝕性,可達到的(de)力學性能(neng)及熱處理方式(shi)等方面各(ge)有不同。
1. 鐵素體不銹鋼
鐵(tie)素體不銹鋼中(zhong)的主(zhu)要合金(jin)元(yuan)素(su)是鉻(ge)(ge),當鋼中(zhong)含有大于12%的鉻(ge)(ge),再(zai)含有其(qi)他穩定(ding)鐵素(su)體的元(yuan)素(su)時,則鋼中(zhong)的組(zu)織結(jie)構基本上(shang)是鐵素(su)體,在室溫下的組(zu)織也是鐵素(su)體。
鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)組織決定(ding)了其具有不太(tai)高(gao)的(de)(de)(de)強度,而且(qie)不能(neng)通過熱處理(li)方法強化(hua),該鋼(gang)(gang)種有一定(ding)的(de)(de)(de)塑性,但脆(cui)性較(jiao)大。鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)對硝(xiao)酸(suan)等氧(yang)化(hua)性介(jie)質(zhi)有良(liang)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕性。且(qie)隨著(zhu)鉻含量(liang)的(de)(de)(de)增加(jia),其抗(kang)(kang)氧(yang)化(hua)性介(jie)質(zhi)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)(de)能(neng)力(li)(li)也增加(jia)。在還原性介(jie)質(zhi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕性較(jiao)差(cha)。在含氯化(hua)物介(jie)質(zhi)中(zhong)(zhong)有良(liang)好(hao)(hao)的(de)(de)(de)抗(kang)(kang)應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕開裂(lie)能(neng)力(li)(li)。
2. 馬氏體(ti)不銹鋼
馬氏體(ti)不銹鋼主(zhu)要含12%~18%的(de)鉻元素,并依據使用(yong)條件(jian)要求調整其(qi)含碳(tan)量(liang),一般在0.1%~0.4%,對(dui)于做工具使用(yong)時,含碳(tan)量(liang)可達0.8%~1.0%.有的(de)還根據需要加入一定量(liang)的(de)鎳(nie)、鉬等合金(jin)元素。
馬氏(shi)體(ti)不銹鋼在加(jia)熱(re)(re)時可(ke)(ke)(ke)以發(fa)生相(xiang)變(bian),因(yin)此,可(ke)(ke)(ke)以通(tong)過熱(re)(re)處理方法在很大范(fan)圍內調整(zheng)其(qi)力學性(xing)能(neng),這(zhe)使(shi)馬氏(shi)體(ti)不銹鋼可(ke)(ke)(ke)以用于制(zhi)造有較高強度(du)要求的(de)零部件。
馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼在無機(ji)酸(suan)、有機(ji)酸(suan)及有機(ji)酸(suan)鹽(yan)中有較好的耐腐蝕性。在硫(liu)酸(suan)、鹽(yan)酸(suan)、熱(re)硝酸(suan)中的耐腐蝕能力(li)差(cha)。
3. 奧(ao)氏體不銹鋼
奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼都含有(you)較高(gao)的鉻,一般大(da)于18%,含有(you)8%左(zuo)右的鎳(nie),有(you)的以錳(meng)(Mn)取代部分鎳(nie),為進一步(bu)提高(gao)耐腐蝕性(xing)(xing),有(you)的還加(jia)入鉬、銅、硅(gui)(Si)、鈦(tai)(Ti)、鈮(Nb)等合金(jin)元素。奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼與鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼相似,加(jia)熱(re)時不(bu)發生相變,不(bu)能通(tong)過熱(re)處(chu)理(li)方法強化力學性(xing)(xing)能,其強度較低(di),塑(su)性(xing)(xing)、韌性(xing)(xing)較高(gao)。
奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)比馬氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)好,鉻(ge)-鎳奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)對氧化性(xing)(xing)介(jie)質耐腐(fu)蝕,含(han)鉬、銅、硅的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)在硫酸中有更好的耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)。含(han)穩定(ding)化元素(su)鈦或鈮的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)有良好的抗晶間腐(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)。提(ti)高奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)中鉻(ge)、鉬、鎳、氮元素(su),可提(ti)高抗點(dian)腐(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)。
4. 沉淀硬化不銹(xiu)鋼
沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不銹鋼的(de)特(te)點是(shi),在(zai)成分(fen)中除含有鉻、鎳元素外,還含有可以(yi)在(zai)熱處理時能形成沉(chen)淀(dian)析出相的(de)銅、鋁(lv)(Al)、鈦(tai)、鈮、鉬等元素,并以(yi)此使鋼得(de)到強(qiang)化(hua)。
沉淀硬化不(bu)(bu)銹鋼(gang)可以通過熱(re)處(chu)理方法(fa)調整力學性(xing)能(neng)。所(suo)以,沉淀硬化不(bu)(bu)銹鋼(gang)既彌補(bu)了馬氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)耐腐蝕性(xing)較(jiao)(jiao)差(cha)的(de)不(bu)(bu)足,又彌補(bu)了奧氏體不(bu)(bu)銹鋼(gang)不(bu)(bu)能(neng)通過熱(re)處(chu)理方法(fa)強(qiang)化的(de)不(bu)(bu)足,使其既保證機械性(xing)能(neng)有較(jiao)(jiao)大的(de)調節空(kong)間,又具(ju)有較(jiao)(jiao)好的(de)耐腐蝕性(xing)能(neng),越(yue)來越(yue)得到重視。
5. 雙相不(bu)銹鋼(gang)(鐵素體-奧氏體不(bu)銹鋼(gang))
雙相不銹(xiu)鋼一般含(han)(han)有(you)17%~30%的(de)鉻和3%~13%的(de)鎳,另外,還加(jia)入(ru)鉬、銅、鈮(ni)、氮等(deng)元素。另一個特點是(shi)將(jiang)含(han)(han)碳(tan)量(liang)控制得很低。依據成分不同,有(you)的(de)以鐵素體(ti)(ti)為主,有(you)的(de)以奧氏體(ti)(ti)為主,構成鐵素體(ti)(ti)和奧氏體(ti)(ti)兩(liang)相共(gong)存的(de)組織狀態。
雙(shuang)相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼采用正確的(de)(de)固(gu)溶處理后(hou),因為含有(you)強化元(yuan)素,使(shi)其具(ju)有(you)比奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼稍高的(de)(de)機械性(xing)能。
雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)中因(yin)含有較高(gao)量的(de)(de)鉻及(ji)其他(ta)多(duo)種對耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)有效的(de)(de)合(he)金元素(su),所以(yi),耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)能(neng)好(hao),特別是耐(nai)點腐(fu)蝕、縫隙(xi)腐(fu)蝕及(ji)耐(nai)應力腐(fu)蝕開裂性(xing)能(neng)好(hao)。雙相(xiang)不(bu)銹鋼(gang)雖然出現得(de)較晚,但(dan)已經受(shou)到重視,應用(yong)于各個方面(mian)。