不锈钢简介及双相不锈钢冶炼

钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中,其耐蚀性随钢中铬含量的增加而提高,当铬含量达到一定的百分比时,钢的耐蚀性发生突变,即从易生锈到不易生锈,从不耐蚀到耐腐蚀;不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜钝化膜的形成;不锈钢的分类方法很多;

湖水净化按室温下的组织结构分类,有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等；按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等;

1.1合金元素对不锈钢组织的作用

在不锈钢常用的合金元素中,铬、钼、硅、铝、钛、铌等是铁素体形成元素,而碳、镍、锰、氮是奥氏体元素;

奥氏体形成元素：镍是扩大r的元素;锰和氮都是促进奥氏体形成的元素,因而可以代镍;但锰本身并不防蚀,不能单独使用,只用以代替部分的镍;

钼能增加不锈钢的耐蚀性;

铜能够提高铁素体不锈钢在某些还原性介质中的耐蚀性,并改变其韧性;在奥氏体不锈钢中加铜,可显着提高其在硫酸中的耐蚀性;

碳在不锈钢中与铬形成碳化物,含碳量越高,形成的碳化铬越多,固溶体中的含铬量越低,钢的电极电位就越低,故钢的耐蚀性也越低,因而不锈钢一般要求较低的含碳量;

不锈钢的强度和硬度随含碳量的增加而提高,因此,用以制造要求高硬度和高耐磨性的滚动轴承、刃具、弹簧等不锈钢,其含碳量较高,但需相应提高其含铬量如9Cr18;

钛和铌与碳亲和力比铬大,在不锈钢中能够优先形成碳化物,使铬能基本溶于固溶体中,从而避免晶界贫铬,减轻晶间腐蚀倾向;

铝和硅能在钢的表面形成一层致密的氧化膜,提高钢的耐蚀性;

1.2奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢,其中Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%;包括18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢;

在18-8型不锈钢的成分基础上演变,主要有以下几方面的重要发展：

1 加Mo改善点蚀和耐缝隙腐蚀

中间道路2 降C或加Ti、Nb,减少晶间腐蚀倾向

3 加Ni和Cr改善高温抗氧化性和强度

4 加Ni改善抗应力腐蚀性能

奥氏体不锈钢具有高韧性和塑性,但强度较低,不能通过相变强化;奥氏体不锈钢的生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%;

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GB	ASTM	JIS	DIN
1Cr17Ni7	301	SUS301	X12CrNi177
1Cr18Ni9	302	SUS302	X12CrNi188
1Cr18Ni10	303	SUS303	X12CrNiS188
0Cr18Ni9	304	SUS304	X5CrNi189
00Cr19Ni10	304L	SUS304L	X2CrNi189
0Cr17Ni12Mo2	316	SUS316	X5CrNiMo1810
00Cr17Ni14Mo2	316L	SUS316L	X2CrNiMo1810
0Cr18Ni10Ti	321	SUS321	X10CrNiTi189
0Cr19Ni13Mo3	317	SUS317212资源	X2CrNiMo1816

1铁素体相对奥氏体不锈钢性能的影响

F相一般都对奥氏体不锈钢的性能带来不利的影响：如钢的耐点蚀性下降,在诸多腐蚀环境中如尿素生产耐蚀性劣化；在高温下长时间加热时,F相会转变为σ相使钢变脆等;

铁素体相含量的粗略判定：

Creq=%Cr+1.5×%Si+%Mo,Nieq=%Ni+30×%C+%N+0.5×%Mn

铁素体相消除的根本方法是提高钢中奥氏体形成元素如muhdpe合金管Ni、Mn和N的含量;

2奥氏体不锈钢铸件为了提高钢液的流动性,改善铸造性能,铸造钢种合金成分应有所调整：提高Si含量,放宽Cr、Ni含量的区间,并提高杂质元素S的含量上限;

奥氏体不锈钢使用前应进行固溶处理,以便最大限度地将钢中的碳化物等各种析出相固溶到奥氏体基体中,同时也使组织均匀化及消除应力,从而保证优良的耐蚀性和力学性能;正确的固溶处理制度为1050～1150℃加热后水冷细薄件也可空冷;固溶处理温度视钢的合金化程度而定：无Mo或低Mo钢种应较低≤1100℃,而更高合金化的牌号如00Cr20Ni18Mo6CuN、00Cr25Ni22Mo2N等宜较高1080～1150℃;

3由于合金元素特别是Cr含量高而C含量又低,多采用电弧炉加氩氧脱碳AOD或真空脱氧脱碳VOD法大批量生产,对于高级牌号的小批量产品可采用真空或非真空非感应炉冶炼,必要时加电渣重熔;奥氏体不锈钢使用前进行固溶处理;固溶处理工艺为1050～1150℃加热后水冷细薄件也可空冷;

4奥氏体不锈钢生产工艺性能良好,特别是铬镍奥氏体不锈钢,采用生产特殊钢的常规手段可以顺利地生产出各种常用规格的板、管、带、丝、棒材以及锻件和铸件;铬镍奥氏体不锈钢优良的热塑性使其易于施以锻造、轧制、热穿孔和挤压等热加工,钢锭加热温度为1150～1260℃,变形温度范围一般为900～1150℃,含Cu、N以及用Ti、Nb稳定化的钢种偏靠低温,而高Cr、Mo钢种偏靠高温;由于导热差,保温时间应较长;热加工后工件空冷即可;

5铬锰奥氏体不锈钢热裂纹敏感性较强,钢锭开坯时要小变形、多道次,锻件宜堆冷;可以进行冷轧、冷拔和旋压等冷加工工艺和冲压、弯曲、卷边与折叠等成形操作;

6铬镍奥氏体不锈钢加工硬化倾向较铬锰钢弱,一次退火后冷变形量可以达到70%～90%,但铬锰奥氏体不锈钢由于变形抗力大,加工硬化倾向强,应增加中间软化退火次数;一般中间软化退火处理为1050～1100℃水冷;

1.3铁素体不锈钢

铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢;含铬量在11%~30%,具有体心立方晶体结构;这类钢一般不含镍;这类钢导热系数大,膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良,多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件;这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点,限制了应用;代表的典型钢种为405、409、430、434等;

409—最廉价的型号英美,通常用作汽车排气管,属铁素体不锈钢铬钢;

430—铁素体不锈钢,装饰用,例如用于汽车饰品;良好的成型性,但耐温性和抗腐蚀性要差;

1.4马氏体不锈钢

马氏体不锈钢通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢;典型牌号为Cr13型,如2Cr13、3Cr13、4Cr13等;淬火后硬度较高,不同回火温度具有不同强韧性组合,主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械;

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