目前各國不銹鋼牌號(hao)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),不銹(xiu)鋼分類方法很多,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(ao)氏體(ti)型不銹鋼、奧氏體-鐵素體型不銹鋼(雙相不銹鋼)、鐵素體型不銹鋼(gang)、馬氏體型不銹鋼和沉淀硬化型(xing)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)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的分類(lei)方法通(tong)常以金相(xiang)組(zu)織(zhi)進行分類(lei)。按金相(xiang)組(zu)織(zhi)分類(lei)為(wei):奧氏(shi)體(A)型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、鐵素(su)體(F)型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、馬氏(shi)體(M)型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)、奧氏(shi)體-鐵素(su)體(A-F)型雙(shuang)相(xiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)和沉(chen)淀硬化(PH)型不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)。這幾類(lei)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)之(zhi)間的成分如圖1-1所示。
一、奧氏體型不銹鋼
奧氏體(ti)(ti)型不銹鋼在室溫下內部顯微(wei)組織(zhi)為純(chun)奧氏體(ti)(ti)組織(zhi)或奧氏體(ti)(ti)十(shi)少量(liang)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)組織(zhi)。形成(cheng)少量(liang)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的(de)目的(de)主要是防(fang)(fang)止熱裂紋的(de)產生,也有利(li)于(yu)防(fang)(fang)止焊縫的(de)晶間(jian)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)體型不銹鋼
室溫下它(ta)的(de)(de)內部顯微組織為(wei)鐵素體。合金(jin)元(yuan)素以鉻為(wei)主(zhu)(鉻的(de)(de)質量分(fen)數為(wei)11.5%~32.0%),不(bu)含(han)鎳,某些(xie)鋼中添加有(you)Mo、Ti、Al、Si等(deng)成分(fen)。一般以退火狀(zhuang)態供貨。隨(sui)著鉻含(han)量的(de)(de)提(ti)(ti)高(gao),其(qi)耐酸(suan)性能(neng)也提(ti)(ti)高(gao),加入鉬(Mo)后(hou),則可提(ti)(ti)高(gao)耐酸(suan)腐蝕性和抗應力腐蝕的(de)(de)能(neng)力。這(zhe)類不(bu)銹鋼列入國(guo)家標準(zhun)的(de)(de)牌號有(you)022Cr12(00Cr12)、10Cr17(1Cr17)、008Cr30Mo2(00Cr30Mo2)等(deng)。該類鋼用于制造(zao)硝酸(suan)化工設備的(de)(de)吸(xi)收塔、熱(re)交換器、儲槽(cao)和運輸硝酸(suan)用的(de)(de)槽(cao)罐以及制造(zao)不(bu)承受沖擊載(zai)荷(he)的(de)(de)其(qi)他(ta)零部件和設備。
按(an)照碳和氮(C+N)的總含量,高鉻(ge)鐵(tie)素體不銹鋼分為普通純(chun)度(du)和超高純(chun)度(du)兩(liang)個系(xi)列。
普通純(chun)度(du)高(gao)鉻鐵(tie)素體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼,其碳(tan)的質(zhi)量(liang)分數為(wei)0.1%左右(you)并含(han)少量(liang)氮(dan),如(ru)10Cr17(1Cr17)、10Cr17Mo(1Cr17Mo)等。它(ta)與常用的奧氏體(ti)型不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼相(xiang)比,缺點(dian)是材質(zhi)較(jiao)脆(cui),焊接工藝性(xing)較(jiao)差(cha)。這(zhe)是因為(wei):鐵(tie)素體(ti)晶粒長(chang)大后,只有通過(guo)壓力加工才能細化(hua);在(zai)高(gao)溫下(例如(ru)600~820℃)停留時間長(chang)時,wcr≥17%的鋼會生(sheng)成(cheng)脆(cui)性(xing)的。相(xiang)(CrmFen);在(zai)400~526℃溫度(du)區間停留較(jiao)長(chang)時間會出(chu)現室溫下的脆(cui)性(xing),即(ji)475℃脆(cui)性(xing)。因這(zhe)類(lei)鋼脆(cui)性(xing)較(jiao)大,所以限(xian)制了它(ta)的應用。
超低碳(tan)和超低氮含量(liang)(C+N總的質量(liang)分數(shu)≤0.025%~0.035%)的超高純(chun)度(du)高鉻鐵(tie)素體(ti)不銹鋼,如 019Cr19Mo2NbTi (00Cr18Mo2)和008Cr27Mo(00Cr27Mo)等,它(ta)們(men)無論在韌性、耐蝕性還是焊接(jie)性等方面(mian)均(jun)優于普通純(chun)度(du)鐵(tie)素體(ti)不銹鋼。
三、馬氏(shi)體型不銹鋼
室溫下它的顯微組織為馬氏體。這類鋼(gang)中鉻的質量(liang)分數為11.5%~18.0%,碳的質量(liang)分數最高(gao)可達0.6%。碳含量(liang)增(zeng)高(gao),提高(gao)了(le)鋼(gang)的強度(du)和硬度(du)。在(zai)這類鋼(gang)中加入少量(liang)鎳可促使生成馬氏體,同時(shi)又能提高(gao)其耐蝕(shi)性。
這類(lei)鋼(gang)(gang)具有(you)一(yi)定的(de)(de)(de)耐腐蝕性和較好的(de)(de)(de)熱(re)穩定性以(yi)及熱(re)強性,可以(yi)作為溫度在700℃以(yi)下長(chang)期工作的(de)(de)(de)耐熱(re)鋼(gang)(gang)使用(yong)(yong)。它被(bei)廣(guang)泛用(yong)(yong)于(yu)制(zhi)造韌(ren)性要求較高的(de)(de)(de)零件,如汽輪機(ji)的(de)(de)(de)葉片、內燃機(ji)排氣閥和醫(yi)療(liao)器械。這類(lei)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)焊接性較差。常用(yong)(yong)的(de)(de)(de)馬氏體型(xing)不銹鋼(gang)(gang)有(you)12Cr13(1Cr13)、20Cr13(2Cr13)、30Cr13 (3Cr13)、14Cr17Ni2 (1Cr17Ni2)等(deng)。
四(si)、奧(ao)氏體(ti)-鐵素體(ti)型不銹(xiu)鋼
室(shi)溫下其顯微組織(zhi)為奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)加鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)。通常鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)體(ti)(ti)(ti)積分數約占(zhan)50%。這(zhe)類鋼是在18-8型奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)基礎上,添(tian)加更多的(de)Cr、Mo、Si等(deng)擴(kuo)大鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)元素(su)或降低含碳量(liang)(liang)而(er)得到的(de)鋼種。與含相同碳量(liang)(liang)的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼相比,具有較小的(de)晶間腐蝕(shi)傾(qing)向和較高的(de)力學性能,且(qie)韌(ren)性比鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)型不(bu)銹(xiu)鋼好。
該類鋼具有抗(kang)(kang)點(dian)腐(fu)蝕、抗(kang)(kang)應(ying)力腐(fu)蝕性能。雙相不銹鋼通常以固溶狀態供貨。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、沉淀硬化型不銹鋼(gang)
這種(zhong)鋼(gang)需(xu)(xu)經(jing)過(guo)系列的熱處(chu)(chu)理(li)使鋼(gang)中(zhong)的碳化(hua)物沉淀(dian)析出(chu),從(cong)而提(ti)高材料的強(qiang)度(du)。這類鋼(gang)包括馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)型(xing)(xing)(xing)、半奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)型(xing)(xing)(xing)和奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)型(xing)(xing)(xing)三類。其(qi)中(zhong)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)型(xing)(xing)(xing)在(zai)固溶處(chu)(chu)理(li)后(hou)(hou),空冷(leng)(leng)至室溫(wen)即(ji)可得到(dao)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)十(shi)少量(liang)鐵素體(ti)(ti)(ti)或馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)十(shi)少量(liang)殘余奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)的組織(zhi)(zhi),然(ran)后(hou)(hou)經(jing)時(shi)效強(qiang)化(hua)。而半奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)型(xing)(xing)(xing)經(jing)固溶處(chu)(chu)理(li)并冷(leng)(leng)卻至室溫(wen)后(hou)(hou),得到(dao)的是不(bu)(bu)穩定的奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)。為了得到(dao)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi),還需(xu)(xu)經(jing)過(guo)M,點(dian)(dian)升高到(dao)室溫(wen)以上的熱處(chu)(chu)理(li),然(ran)后(hou)(hou)再使之時(shi)效強(qiang)化(hua)。奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)沉淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)型(xing)(xing)(xing)不(bu)(bu)銹鋼(gang)則在(zai)室溫(wen)下呈(cheng)穩定的奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi),只需(xu)(xu)經(jing)時(shi)效強(qiang)化(hua)即(ji)可達到(dao)目的。05Cr17Ni4Cu4Nb(0Cr17Ni4Cu4Nb)、07Cr17Ni7AI(0Cr17Ni7AI)、07Cr15Ni7Mo2Al(0Cr15Ni7Mo2Al)屬(shu)于沉淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)半奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)型(xing)(xing)(xing)不(bu)(bu)銹鋼(gang)。該(gai)鋼(gang)的組織(zhi)(zhi)特點(dian)(dian)是在(zai)固溶或退(tui)火狀態(tai)時(shi)具(ju)有(you)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)和體(ti)(ti)(ti)積分數(shu)為5%~20%的鐵素體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)。這種(zhong)鋼(gang)有(you)很好(hao)的成(cheng)形(xing)性能和良好(hao)的焊接性。