宝钢不锈钢分公司海外培训教材

不锈钢分公司海外培训教材 〔不锈钢根底知识篇〕 2006年12月15日 第一章 不锈钢根底知识 不锈钢是建筑、家电、石油、化工、化肥、合成纤维和石油提炼等工业部门中广泛使用的金属材料。通常所说的不锈钢是不锈钢与耐酸钢的总称。不锈钢不一定耐酸，但耐酸钢同时又是不锈钢。当钢中铬含量在1以上时，钢的外表在大气中会形成一层致密的氧化铬，使钢具有了防锈性，能防止钢的基体进一步氧化，起到了对钢基体的保护作用。铬含量大于10.5以上的钢称为不锈钢。 在同一介质中,不同种类的不锈钢腐蚀速度大不相同，而同一种不锈钢在不同的介质中腐蚀行为也大不一样。因此掌握各类不锈钢的特点，对于正确选择和使用不锈钢是很重要的。 不锈钢不仅要耐蚀，还要具有较好的力学性能、良好的切削加工性能和焊接性能。 到目前为止，不锈钢已开展到了近200个钢种，性能不同，生产工艺各异。不锈钢良好的耐蚀性，较低的维护本钱，优良的外观，使其在化工、食品、石油、建筑、电器工程、装饰、核工业等领域广泛得到应用。 目前全世界年产不锈钢在2400万t左右。每年不锈钢的需求量还以6的比率增长，而中国需求量在以每年8以上的速度增长，高于世界平均增长率。 腐蚀机理 在外界介质的作用下使金属逐渐受到破坏的现象称为腐蚀。腐蚀根本上有两种形式化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀在腐蚀过程中形成某种腐蚀产物。这种腐蚀产物一般都覆盖在金属外表上形成一层膜，使金属与介质隔离开来。如果这层化学生成物是稳定、致密、完整并同金属表层牢固结合的，那么将大大减轻甚至可以防止腐蚀的进一步开展，对金属起保护作用。形成保护膜的过程称为钝化。 可见，氧化膜的产生及氧化膜的结构和性质是化学腐蚀的重要特征。因此，提高金属耐化学腐蚀的能力，主要是通过合金化或其它方法，在金属外表形成一层稳定的、完整致密的并与基体结合牢固的氧化膜。 金属材料在工业生产中的腐蚀失效形式是多种多样的。不同材料在不同负荷及不同介质环境的作用下，其腐蚀形式主要有以下几类 一般腐蚀金属裸露外表发生大面积的较为均匀的腐蚀，虽降低构件受力有效面积及其使用寿命，但比局部腐蚀的危害性小。 晶间腐蚀指沿晶界进行的腐蚀，使晶粒的连接遭到破坏。这种腐蚀的危害性最大，它可以使合金变脆或丧失强度，敲击时失去金属声响，易造成突然事故。晶间腐蚀为奥氏体不锈钢的主要腐蚀形式。 应力腐蚀金属在腐蚀介质及拉应力〔外加应力或内应力〕的共同作用下产生破裂现象。断裂方式主要是沿晶的、也有穿晶的，这是一种危险的低应力脆性断裂，在氯化和碱性氧化物或其它水溶性介质中常发生应力腐蚀，在许多设备的事故中占相当大的比例。 点腐蚀点腐蚀是发生在金属外表局部区域的一种腐蚀破坏形式，点腐蚀形成后能迅速地向深处开展，最后穿透金属。点腐蚀危害性很大，尤其是对各种容器是极为不利的。出现点腐蚀后应及时磨光或涂漆，以防止腐蚀加深。 腐蚀疲劳金属在腐蚀介质及交变应力作用下发生的破坏，其特点是产生腐蚀坑和大量裂纹。显著降低钢的疲劳强度，导致过早断裂。腐蚀疲劳不同于机械疲劳，它没有一定的疲劳极限，随着循环次数的增加，疲劳强度一直是下降的。 除了上述各种腐蚀形式以外，还有由于宏观电池作用而产生的腐蚀。 从上述腐蚀机理可见，防止腐蚀的着眼点应放在尽可能减少原电池数量，使钢的外表形成一层稳定的、完整的、与钢的基体结合牢固的钝化膜；在形成原电池的情况下，尽可能减少两极间的电极电位差。 不锈钢的合金化原理 提高钢耐蚀性的方法很多，如外表镀一层耐蚀金属、涂敷非金属层、电化学保护和改变腐蚀环境介质等。但是利用合金化方法 ，提高材料本身的耐蚀性是最有效防止腐蚀破坏的措施之一，其方法如下； 〔1〕参加合金元素，提高钢基体的电极电位，从而提高钢的抗电化学腐蚀能力。一般往钢中参加Cr、Ni、Si等元素均能提高其电极电位。由于Ni资源较缺，Si的大量参加会使钢变脆，因此，只有Cr才是显著提高钢基体电极电位常用的元素。 〔2〕参加合金元素使钢的外表形成一层稳定的、完整的与钢的基体结合牢固的钝化膜。从而提高钢的耐化学腐蚀能力。如在钢中参加 Cr、Si、Al等合金元素 ，使钢的表层形成致密的Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜 ，就可提高钢的耐蚀性。 〔3〕参加合金元素使钢在常温时能以单相状态存在，减少微电池数目从而提高钢的耐蚀性。如参加足够数量的Cr或Cr－Ni，使钢在室温下获得单相铁素体或单相奥氏体。 〔4〕参加Mo、Cu等元素，提高钢抗非氧化性酸腐蚀的能力。 〔5〕参加Ti、Nb等元素，消除Cr的晶间偏析，从而减轻了晶间腐蚀倾向。 〔6〕参加Mn、N等元素，代替局部Ni获得单相奥氏体组织，同时能大大提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。 1.2 不锈钢的种类和特点 不锈钢有两种分类法一种是按合金元素的特点，划分为铬不锈钢和铬镍不锈钢；另一种是按在正火状态下钢的组织状态，划分为马氏体〔M〕不锈钢、铁素体〔F〕不锈钢、奥氏体〔A〕不锈钢和双相〔奥氏体A -铁素体F〕不锈钢。 经热处理后可以硬化，有磁性。在温和的环境下抗腐蚀。具有相当好的弹性。410钢是马氏体不锈钢的常用钢种。 马氏体不锈钢含有多于10.5的铬，在高温下具有奥氏体组织，在适宜的冷却速度下，冷却到室温可以转变成马氏体。马氏体不锈钢钢种演变见图1。 典型的马氏体不锈钢钢号有410、420〔1Cr13～4Cr13〕和440〔9Cr18〕等 410钢加工工艺性能良好。可不经预热进行深冲、弯曲、卷边及焊接。420冷变形前不要求预热，但焊接前需预热，410、420J1主要用来制作耐蚀结构件如汽轮机叶片等，而420J2主要用来制作医疗器械外科手术刀及耐磨零件；440可做耐蚀轴承及刀具。马氏体不锈钢化学成分见表1-1。 表1-1 马氏体不锈钢的化学成分/ 钢种 Cr C Mn Si P S 其 它 403 410 414 416 416Se 420 420F 422 431 440A 440B 440F 11.513 1214 1214 1214 1214 1113 1517 1618 1618 17 最小 5 最小 0.030 选择 或 选择 最小 选择 Ni0.51.0, 铁素体不锈钢的含Cr量一般为1％～30％，碳含量低于0.25〔见表2〕。有时还参加其它合金元素。金相组织主要是铁素体，加热及冷却过程中没有αγ转变，不能用热处理进行强化，只是经冷加工后有一些硬化。抗氧化性强，参加合金元素可在有机酸及 含Cl-的介质中有较强的抗蚀。同时，它还具有良好的热加工