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不锈钢的定义与分类

2018-03-28

  1、不锈钢的定义  
不锈钢是不锈钢和耐酸钢的简称或统称,是在空气和淡水中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢。通俗地说,不锈钢就是不容易生锈的钢。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬(Cr,本文中元素对应注解见附1)氧化膜(钝化膜)的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明,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。为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性,不锈钢必须含有12%以上的铬。  
2、不锈钢的分类  
不锈钢的分类方法有很多。  
  按金相组织分类为:铁素体(F)型不锈钢、马氏体(M)型不锈钢、奥氏体(A)型不锈钢、奥氏体-铁素体(A-F)型双相不锈钢、奥氏体-马氏体(A-M)型双相不锈钢和沉淀硬化(PH)型不锈钢。
按钢的功能特点分类,如低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢,超塑性不锈钢等。
 按主要化学组成可分为铬不锈钢(俗称400系)、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢(俗称300系)、铬锰氮不锈钢(俗称200系)
以下是三种常见不锈钢的主要性能比较: 

分类

金相组织

磁性

强度

耐蚀性

加工性

200

奥氏体

一般

较好

300

奥氏体

较高

400

铁素体/马氏体

/

一般


不锈钢金相组织决定其是否具有磁性。其中铁素体(F)型不锈钢、马氏体(M)型不锈钢具有磁性;奥氏体(A)型不锈钢无磁性。目前市场上将是否具有磁性将不锈钢分为不锈钢和不锈铁是不科学的。  
3、铬与镍在不锈钢中作用  
铬在不锈钢中的决定作用  
每种不锈钢都必须含有一定数量的铬。迄今为止,还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素,根本的原因是向钢中添加12%以上的铬作为合金元素以后,钢表面自动形成一种非常薄的无色、透明且非常光滑的一层富铬的氧化物膜(即钝化膜),这层膜的形成大大缓减了钢的氧化。  
镍与铬配合在不锈钢中发挥重要作用  
镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构,从而改善和加强铬的钝化机理,其抗晶间腐蚀能力得到提高,同时如加工性、可焊接性和韧性等机械性能提高。即300系不锈钢。  
然而,镍并不是唯一的奥氏体形成元素,常见的奥氏体形成元素还有:碳、氮、锰、铜等。最著名的是下面的公式:  
奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%  
所以,在不锈钢中通过增加一定量锰、氮元素,也可以形成奥氏体不锈钢,即200系不锈钢。  
虽然碳是一种较强的奥氏体形成元素,但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中,因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。氮元素形成奥氏体的能力也是镍的30倍,但由于溶解度问题,只能在不锈钢中添加数量有限的氮。添加锰和铜会造成钢材使用过程中的焊接问题。  
4、不锈钢的应用范围  
不锈钢具有优异的耐蚀性、成型性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点,所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中得到了广泛应用,但在不同使用环境选择不同的不锈钢品种十分重要。  
下表为主要不锈钢钢号的特性及其应用领域。  

钢号

特性

用途

300

301

304钢相比,CrNi含量少,冷加工时抗拉强度和硬度增高,无磁性,但冷加工后有磁性。

列车、航空器、传送带、车辆、螺栓、螺母、弹簧、筛网

301L

301钢基础上,降低C含量,改善焊口的抗晶界腐蚀性;通过添加N元素来弥补含C量降低引起的强度不足,保证钢的强度。

铁道车辆构架及外部装饰材料

304

作为一种用途广泛的钢,具有良好的耐蚀性、耐热性,低温强度和机械特性;冲压、弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象(无磁性,使用温度-196~800)。

医疗器具,建材,化学,船舶部件、汽车配件食品工业、家庭用品(餐具、橱柜、室内管线、热水器、浴缸等),农业

300

304L

作为低C304钢,在一般状态下,其耐蚀性与304刚相似,但在焊接后或者消除应力后,其抗晶界腐蚀能力优秀;在未进行热处理的情况下,亦能保持良好的耐蚀性,使用温度-196~800

应用于抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器,建材耐热零件及热处理有困难的零件

316L

作为316钢种的低C系列,除与316钢有相同的特性外,其抗晶界腐蚀性优。

在含有氯离子腐蚀介质中,具有比304304L更高的抗腐蚀能力。适用于海水淡化及水工业

321

304钢中添加Ti元素来防止晶界腐蚀;适合于在430-900温度下使用。

航空器、排气管、锅炉汽包

400

409L

因添加了Ti元素,故其高温耐蚀性及高温强度较好。

汽车排气管、热交换机、集装箱等在焊接后不热处理的产品。

410L

410钢的基础上,降低了含C量,其加工性,抗焊接变形,耐高温氧化性优秀。

机械构造用件,发动机排气管,锅炉燃烧室,燃烧器。

430

作为铁素体钢的代表钢种,热膨胀率抵,成形性及耐氧化性优。

耐热器具、燃烧器、家电产品、餐具、厨房洗涤槽、外部装饰材料、螺栓、螺母、CD杆、筛网

436L

耐热性、耐磨蚀性良好,因含有铌元素,故其加工性,焊接性优秀。

洗衣机、汽车排气管、电子产品、3层底的锅

410

作为马氏体钢的代表钢,虽然强度高,但不适合于苛刻的腐蚀环境下使用;其加工性好。

刀刃、机械零件、石油精练装置、螺栓、螺母、泵杆、餐具(刀叉)。

420J1

淬火后硬度高,耐蚀性好

餐具(刀)、涡轮机叶片

420J2

淬火后,比420J1钢硬度升高

刀刃、管嘴、阀门、板尺、餐具(剪刀、刀)

200

201

(美标)

304钢相比, Ni含量少,Mn含量高,无磁性,硬度强,耐腐蚀性差。

照明设备、电信杆、汽车框架等干燥环境下普通用途。

202

(美标)

201钢相比,Mn含量高,无磁性,硬度强。耐腐蚀性差。

照明设备、电信杆、汽车框架等普通用途。