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),不銹鋼分類方法很多,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)氏體型不銹鋼、奧氏體-鐵素體型不銹鋼(雙相(xiang)不銹鋼)、鐵素體型不(bu)銹鋼、馬氏(shi)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)銹(xiu)鋼(gang)的(de)分(fen)類方法通常以金相(xiang)組織(zhi)進行分(fen)類。按(an)金相(xiang)組織(zhi)分(fen)類為:奧氏(shi)體(A)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)、鐵素體(F)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)、馬氏(shi)體(M)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)、奧氏(shi)體-鐵素體(A-F)型(xing)雙相(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)和(he)沉(chen)淀(dian)硬化(PH)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。這幾類不(bu)銹(xiu)鋼(gang)之間的(de)成分(fen)如圖1-1所示。
一、奧氏(shi)體型不銹(xiu)鋼
奧氏(shi)(shi)體(ti)型不銹(xiu)鋼(gang)在室溫(wen)下內部顯微組織(zhi)為純奧氏(shi)(shi)體(ti)組織(zhi)或奧氏(shi)(shi)體(ti)十少量鐵素(su)體(ti)組織(zhi)。形成少量鐵素(su)體(ti)的目的主(zhu)要是防止熱裂紋的產生,也有(you)利于防止焊縫的晶間腐蝕(shi)。
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、鐵素體型不銹(xiu)鋼
室溫(wen)下它的(de)(de)(de)內(nei)部顯(xian)微組織(zhi)為(wei)鐵素體。合金元素以(yi)(yi)鉻(ge)為(wei)主(鉻(ge)的(de)(de)(de)質量(liang)分(fen)數(shu)為(wei)11.5%~32.0%),不含(han)鎳,某些鋼(gang)(gang)中(zhong)添加有Mo、Ti、Al、Si等成(cheng)分(fen)。一般以(yi)(yi)退火狀(zhuang)態(tai)供貨。隨著鉻(ge)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)提高,其(qi)耐(nai)酸(suan)性能也提高,加入(ru)鉬(Mo)后(hou),則可提高耐(nai)酸(suan)腐蝕(shi)性和(he)抗應(ying)力(li)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)能力(li)。這類(lei)不銹鋼(gang)(gang)列入(ru)國家標準的(de)(de)(de)牌號有022Cr12(00Cr12)、10Cr17(1Cr17)、008Cr30Mo2(00Cr30Mo2)等。該類(lei)鋼(gang)(gang)用于制造(zao)硝酸(suan)化工設備(bei)的(de)(de)(de)吸收塔、熱交換器、儲槽和(he)運輸硝酸(suan)用的(de)(de)(de)槽罐以(yi)(yi)及制造(zao)不承受沖擊載荷的(de)(de)(de)其(qi)他(ta)零部件和(he)設備(bei)。
按(an)照碳和氮(C+N)的總(zong)含(han)量,高鉻鐵(tie)素體不銹鋼分為普通純(chun)度(du)和超(chao)高純(chun)度(du)兩個系列。
普(pu)通純度高(gao)鉻鐵素體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang),其碳的(de)(de)質(zhi)量分數為(wei)0.1%左右(you)并含少量氮,如(ru)10Cr17(1Cr17)、10Cr17Mo(1Cr17Mo)等。它與常用的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)型不(bu)銹鋼(gang)相比,缺(que)點是(shi)材質(zhi)較(jiao)脆,焊接工藝性較(jiao)差。這(zhe)是(shi)因為(wei):鐵素體(ti)(ti)(ti)晶粒長大(da)后,只有通過壓力加工才能細化;在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)(例如(ru)600~820℃)停(ting)留時間(jian)(jian)長時,wcr≥17%的(de)(de)鋼(gang)會生成(cheng)脆性的(de)(de)。相(CrmFen);在(zai)400~526℃溫(wen)度區(qu)間(jian)(jian)停(ting)留較(jiao)長時間(jian)(jian)會出現室溫(wen)下(xia)的(de)(de)脆性,即475℃脆性。因這(zhe)類鋼(gang)脆性較(jiao)大(da),所以(yi)限制了它的(de)(de)應(ying)用。
超低(di)碳和超低(di)氮含量(liang)(C+N總的質量(liang)分數≤0.025%~0.035%)的超高(gao)純度高(gao)鉻(ge)鐵(tie)素體不(bu)銹鋼,如(ru) 019Cr19Mo2NbTi (00Cr18Mo2)和008Cr27Mo(00Cr27Mo)等,它們(men)無論(lun)在韌性、耐蝕性還是焊(han)接性等方面均優于普(pu)通純度鐵(tie)素體不(bu)銹鋼。
三、馬氏體型不銹鋼
室溫下它(ta)的(de)(de)顯微組(zu)織為馬氏(shi)體。這類(lei)鋼中(zhong)鉻的(de)(de)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)為11.5%~18.0%,碳(tan)的(de)(de)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)最高可達0.6%。碳(tan)含量(liang)(liang)增(zeng)高,提高了(le)鋼的(de)(de)強度和硬度。在這類(lei)鋼中(zhong)加入少量(liang)(liang)鎳(nie)可促使(shi)生成馬氏(shi)體,同時又能提高其耐蝕(shi)性。
這類鋼具有(you)一定(ding)的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕性和較好的(de)(de)熱(re)穩定(ding)性以(yi)及熱(re)強(qiang)性,可以(yi)作為(wei)溫度在700℃以(yi)下長期工作的(de)(de)耐(nai)熱(re)鋼使用。它被廣泛用于制(zhi)造韌性要求較高的(de)(de)零(ling)件(jian),如汽(qi)輪機的(de)(de)葉片、內燃機排氣閥和醫療(liao)器械。這類鋼的(de)(de)焊接(jie)性較差。常用的(de)(de)馬氏(shi)體型(xing)不銹鋼有(you)12Cr13(1Cr13)、20Cr13(2Cr13)、30Cr13 (3Cr13)、14Cr17Ni2 (1Cr17Ni2)等。
四、奧(ao)氏體-鐵(tie)素體型不銹鋼
室溫下其顯微組織為(wei)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)加鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)。通常鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)的(de)(de)(de)體(ti)(ti)積分數(shu)約(yue)占50%。這類鋼(gang)(gang)是在(zai)18-8型(xing)(xing)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)基礎上,添加更(geng)多的(de)(de)(de)Cr、Mo、Si等擴大鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)元素或降(jiang)低含(han)碳量(liang)而得(de)到的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種。與(yu)含(han)相同碳量(liang)的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)相比,具有較小的(de)(de)(de)晶間腐蝕傾向和較高的(de)(de)(de)力學性(xing)能,且韌性(xing)比鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)型(xing)(xing)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)好。
該類鋼具有抗點腐蝕、抗應力腐蝕性能。雙相(xiang)不銹鋼通常(chang)以固溶狀態(tai)供(gong)貨。常(chang)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(zhong)鋼(gang)需經(jing)(jing)(jing)過系(xi)列的(de)(de)熱(re)處理使(shi)鋼(gang)中的(de)(de)碳化(hua)(hua)(hua)(hua)物沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)析出(chu),從(cong)而(er)提高材料(liao)的(de)(de)強(qiang)度。這類(lei)鋼(gang)包(bao)括(kuo)馬氏(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)型、半(ban)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)型和奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)型三類(lei)。其中馬氏(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)型在(zai)固溶(rong)(rong)處理后(hou),空冷至(zhi)室(shi)溫即(ji)可(ke)得到(dao)(dao)馬氏(shi)(shi)體(ti)十少量鐵素體(ti)或(huo)馬氏(shi)(shi)體(ti)十少量殘余奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)的(de)(de)組(zu)織(zhi),然后(hou)經(jing)(jing)(jing)時(shi)效強(qiang)化(hua)(hua)(hua)(hua)。而(er)半(ban)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)型經(jing)(jing)(jing)固溶(rong)(rong)處理并(bing)冷卻至(zhi)室(shi)溫后(hou),得到(dao)(dao)的(de)(de)是不穩(wen)定(ding)(ding)的(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)組(zu)織(zhi)。為了得到(dao)(dao)馬氏(shi)(shi)體(ti)組(zu)織(zhi),還(huan)需經(jing)(jing)(jing)過M,點(dian)升高到(dao)(dao)室(shi)溫以上的(de)(de)熱(re)處理,然后(hou)再(zai)使(shi)之時(shi)效強(qiang)化(hua)(hua)(hua)(hua)。奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)型不銹鋼(gang)則在(zai)室(shi)溫下呈穩(wen)定(ding)(ding)的(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)組(zu)織(zhi),只需經(jing)(jing)(jing)時(shi)效強(qiang)化(hua)(hua)(hua)(hua)即(ji)可(ke)達到(dao)(dao)目(mu)的(de)(de)。05Cr17Ni4Cu4Nb(0Cr17Ni4Cu4Nb)、07Cr17Ni7AI(0Cr17Ni7AI)、07Cr15Ni7Mo2Al(0Cr15Ni7Mo2Al)屬于沉(chen)(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)半(ban)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)型不銹鋼(gang)。該鋼(gang)的(de)(de)組(zu)織(zhi)特(te)點(dian)是在(zai)固溶(rong)(rong)或(huo)退火狀(zhuang)態時(shi)具有(you)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)和體(ti)積分數為5%~20%的(de)(de)鐵素體(ti)組(zu)織(zhi)。這種(zhong)鋼(gang)有(you)很(hen)好(hao)的(de)(de)成形性(xing)(xing)能和良好(hao)的(de)(de)焊接性(xing)(xing)。