目前各國不銹(xiu)鋼牌號已超過百種(GB/T 20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》包含了143個牌號),不(bu)銹鋼(gang)分類方法很多,按照GB/T 13304.2-2008《鋼分類 第2部分:按主要質量等級和主要性能或使用特性的分類》以及國際上通用的分類方法(按鋼的金相組織劃分),不銹鋼分為5類,即奧氏體型(xing)不銹鋼、奧氏體-鐵素體型不銹鋼(雙(shuang)相不銹鋼)、鐵素體(ti)型不銹(xiu)鋼、馬氏體型不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼。我國國家標準規定的不銹鋼和耐熱鋼的牌號、化學成分、組織形態見表1-1~表1-6。
不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)分(fen)類方(fang)法通(tong)常以金(jin)(jin)相(xiang)(xiang)組織(zhi)進行分(fen)類。按金(jin)(jin)相(xiang)(xiang)組織(zhi)分(fen)類為:奧氏體(ti)(ti)(A)型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼、鐵素(su)體(ti)(ti)(F)型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼、馬氏體(ti)(ti)(M)型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼、奧氏體(ti)(ti)-鐵素(su)體(ti)(ti)(A-F)型(xing)雙相(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼和(he)沉淀硬化(PH)型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼。這幾類不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼之間的(de)成分(fen)如圖1-1所示。
一、奧氏體型不銹(xiu)鋼
奧氏(shi)體型不銹鋼在室溫下內部顯(xian)微組織為純奧氏(shi)體組織或(huo)奧氏(shi)體十少量(liang)鐵素體組織。形成少量(liang)鐵素體的(de)目的(de)主要是(shi)防(fang)止(zhi)熱裂紋的(de)產(chan)生,也有(you)利于防(fang)止(zhi)焊縫的(de)晶間腐蝕。
奧氏體型不銹鋼以Cr18Ni9 鐵基合金為基礎,在此基礎上根據不同的用途,發展成圖1-2所示的鉻鎳奧氏體型不銹鋼系列。奧氏體型不銹鋼不能利用熱處理使晶粒細化,也不能經過淬火來提高其硬度。奧氏體型不銹鋼在氧化性環境中具有優良的耐腐蝕性能和良好的耐熱性能,是應用最廣泛的不銹鋼,其中以18-8型不銹鋼最有代表性,它有較好的力學性能和良好的焊接性,但對溶液中含有氯離子(Cl-)的介質特別敏感,易發生應力腐蝕。在這類鋼中添加鈦或鈮時,能提高其抗晶間腐蝕能力;添加鉬、銅和鈦,則能提高其在還原酸(如稀硫酸)中的耐腐蝕性能,同時也能提高其抗晶間腐蝕的能力。18-8型不銹鋼按其含碳量的不同分為三個等級:一般含碳量(質量分數:≤0.15%)、低碳級(質量分數:≤0.08%)和超低碳級(質量分數:≤0.03%)。
二、鐵素(su)體型不銹(xiu)鋼
室溫下它(ta)的(de)內部(bu)顯微組織(zhi)為(wei)鐵素體。合金(jin)元素以鉻(ge)為(wei)主(zhu)(鉻(ge)的(de)質量分數為(wei)11.5%~32.0%),不(bu)含鎳(nie),某(mou)些鋼中添加有Mo、Ti、Al、Si等成(cheng)分。一般以退火狀態供(gong)貨(huo)。隨(sui)著鉻(ge)含量的(de)提高(gao),其耐(nai)酸性能也提高(gao),加入(ru)鉬(Mo)后,則可提高(gao)耐(nai)酸腐蝕性和抗應力(li)腐蝕的(de)能力(li)。這(zhe)類(lei)不(bu)銹鋼列入(ru)國家標準的(de)牌號有022Cr12(00Cr12)、10Cr17(1Cr17)、008Cr30Mo2(00Cr30Mo2)等。該類(lei)鋼用(yong)于制造硝(xiao)酸化工(gong)設備(bei)的(de)吸收塔、熱交(jiao)換器、儲槽和運輸硝(xiao)酸用(yong)的(de)槽罐以及制造不(bu)承受沖擊載荷的(de)其他零(ling)部(bu)件和設備(bei)。
按照(zhao)碳(tan)和氮(dan)(C+N)的總含量,高鉻(ge)鐵素體不銹鋼分為普通純度(du)(du)和超高純度(du)(du)兩個(ge)系列。
普(pu)通純(chun)度(du)高鉻鐵素(su)體(ti)不銹鋼(gang),其(qi)碳的(de)質(zhi)量分(fen)數為0.1%左(zuo)右并(bing)含(han)少量氮,如10Cr17(1Cr17)、10Cr17Mo(1Cr17Mo)等。它(ta)與常用(yong)的(de)奧氏體(ti)型(xing)不銹鋼(gang)相比,缺(que)點(dian)是材質(zhi)較(jiao)(jiao)脆,焊接工藝性(xing)較(jiao)(jiao)差。這(zhe)是因為:鐵素(su)體(ti)晶粒長大后,只有通過壓力加工才(cai)能細化;在(zai)高溫(wen)下(xia)(例如600~820℃)停留時(shi)間(jian)(jian)長時(shi),wcr≥17%的(de)鋼(gang)會生成(cheng)脆性(xing)的(de)。相(CrmFen);在(zai)400~526℃溫(wen)度(du)區間(jian)(jian)停留較(jiao)(jiao)長時(shi)間(jian)(jian)會出(chu)現室溫(wen)下(xia)的(de)脆性(xing),即(ji)475℃脆性(xing)。因這(zhe)類鋼(gang)脆性(xing)較(jiao)(jiao)大,所以限(xian)制了它(ta)的(de)應用(yong)。
超低(di)碳(tan)和超低(di)氮(dan)含量(C+N總的(de)(de)質量分數≤0.025%~0.035%)的(de)(de)超高(gao)(gao)純(chun)度高(gao)(gao)鉻鐵(tie)素(su)(su)體不銹(xiu)(xiu)鋼,如 019Cr19Mo2NbTi (00Cr18Mo2)和008Cr27Mo(00Cr27Mo)等,它們無(wu)論(lun)在韌性、耐蝕性還是焊接性等方(fang)面均優(you)于普(pu)通(tong)純(chun)度鐵(tie)素(su)(su)體不銹(xiu)(xiu)鋼。
三、馬氏體型(xing)不銹鋼
室溫下它的(de)(de)顯(xian)微組織為馬氏(shi)(shi)體(ti)。這(zhe)類(lei)鋼中鉻的(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)分數為11.5%~18.0%,碳的(de)(de)質(zhi)量(liang)(liang)分數最高可達0.6%。碳含量(liang)(liang)增高,提高了鋼的(de)(de)強度(du)和(he)硬度(du)。在(zai)這(zhe)類(lei)鋼中加入少量(liang)(liang)鎳(nie)可促(cu)使生(sheng)成馬氏(shi)(shi)體(ti),同時又能提高其(qi)耐蝕(shi)性。
這類鋼(gang)具有(you)一定(ding)的(de)(de)(de)(de)耐腐蝕性(xing)和較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)熱穩定(ding)性(xing)以(yi)及熱強性(xing),可以(yi)作為溫(wen)度在700℃以(yi)下長期工作的(de)(de)(de)(de)耐熱鋼(gang)使用。它被(bei)廣(guang)泛用于制造韌性(xing)要求較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)零件,如汽輪(lun)機的(de)(de)(de)(de)葉片、內燃機排(pai)氣(qi)閥和醫療器械。這類鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)焊接性(xing)較(jiao)差。常用的(de)(de)(de)(de)馬氏體型不銹(xiu)鋼(gang)有(you)12Cr13(1Cr13)、20Cr13(2Cr13)、30Cr13 (3Cr13)、14Cr17Ni2 (1Cr17Ni2)等。
四、奧氏體-鐵素體型(xing)不銹鋼
室溫下其顯(xian)微組織為奧(ao)氏體(ti)(ti)加鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)。通常鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的(de)體(ti)(ti)積分(fen)數(shu)約占50%。這類(lei)鋼(gang)(gang)是(shi)在(zai)18-8型奧(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)的(de)基礎(chu)上,添(tian)加更(geng)多的(de)Cr、Mo、Si等擴大鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)元素(su)(su)或降低(di)含(han)碳量(liang)而得到的(de)鋼(gang)(gang)種(zhong)。與(yu)含(han)相同碳量(liang)的(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)相比,具有(you)較小(xiao)的(de)晶間腐蝕(shi)傾向和(he)較高(gao)的(de)力學性能(neng),且韌性比鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)型不銹鋼(gang)(gang)好(hao)。
該類鋼(gang)具有抗(kang)點腐蝕、抗(kang)應力(li)腐蝕性能。雙相不(bu)銹(xiu)鋼(gang)通常以固溶狀(zhuang)態供貨。常用的牌號有12Cr21Ni5Ti(1Cr21Ni5Ti)、022Cr19Ni5Mo3Si2N (00Cr18Ni5Mo3Si2)、022Cr23Ni4MoCuN、14Cr18Ni11Si4 AlTi (1Cr18Nil1Si4 AlTi)、022Cr25Ni6Mo2N、022Cr22Ni5Mo3N、022Cr23Ni5Mo3N。
雙相或復相不銹鋼的屈服強度約為一般奧氏體不銹鋼的2倍,耐晶間腐蝕性較好。它已在大化肥廠尿素CO2車間冷卻器以及制鹽蒸發設備等方面推廣使用。這類鋼機械加工、冷沖壓和焊接性能均良好。
五、沉淀硬化型不銹(xiu)鋼
這種鋼需經(jing)過系列的(de)(de)(de)熱處(chu)(chu)理(li)使鋼中的(de)(de)(de)碳化(hua)(hua)(hua)物沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)析出(chu),從而(er)提高(gao)材(cai)料的(de)(de)(de)強度。這類鋼包括馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)型(xing)、半奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)型(xing)和(he)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)型(xing)三類。其中馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)型(xing)在(zai)固溶處(chu)(chu)理(li)后(hou),空冷(leng)至室(shi)溫即可得(de)到(dao)(dao)(dao)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)十少(shao)量鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)或(huo)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)十少(shao)量殘余奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi),然后(hou)經(jing)時(shi)(shi)效(xiao)強化(hua)(hua)(hua)。而(er)半奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)型(xing)經(jing)固溶處(chu)(chu)理(li)并冷(leng)卻至室(shi)溫后(hou),得(de)到(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)是(shi)不穩定的(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)。為(wei)了得(de)到(dao)(dao)(dao)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi),還需經(jing)過M,點升(sheng)高(gao)到(dao)(dao)(dao)室(shi)溫以上(shang)的(de)(de)(de)熱處(chu)(chu)理(li),然后(hou)再使之時(shi)(shi)效(xiao)強化(hua)(hua)(hua)。奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)型(xing)不銹鋼則在(zai)室(shi)溫下呈穩定的(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi),只需經(jing)時(shi)(shi)效(xiao)強化(hua)(hua)(hua)即可達到(dao)(dao)(dao)目(mu)的(de)(de)(de)。05Cr17Ni4Cu4Nb(0Cr17Ni4Cu4Nb)、07Cr17Ni7AI(0Cr17Ni7AI)、07Cr15Ni7Mo2Al(0Cr15Ni7Mo2Al)屬于沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)半奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)型(xing)不銹鋼。該(gai)鋼的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)特點是(shi)在(zai)固溶或(huo)退火狀(zhuang)態時(shi)(shi)具(ju)有(you)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)和(he)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)積(ji)分數為(wei)5%~20%的(de)(de)(de)鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織(zhi)。這種鋼有(you)很好(hao)的(de)(de)(de)成形性能(neng)和(he)良好(hao)的(de)(de)(de)焊接性。