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甘南设备保温施工 Mysteel:不锈钢分类及特点

发布日期:2026-01-14 22:34:22 点击次数:164

铁皮保温

一、不锈钢定义

不锈钢是不锈钢和耐酸钢的统称。

不锈钢 :在大气和淡水等弱腐蚀介质中不生铁锈的钢。

耐酸钢 :在酸、碱、盐和海水等苛刻腐蚀介质中耐腐蚀的钢。

二、不锈钢分类

不锈钢的牌号、成分、能各异,常用的分类方法主要是按钢的主要化学成分和组织结 构以及二者相结的方法来进行分类。

1、按钢中的主要化学成分分类

常用的是按钢中化学元素分为铬系不锈钢和铬镍系不锈钢两大类。

(1)铬系

除铁外 ,钢中的主要金元素是铬 ,这类不锈钢称为铬系不锈钢。

(2)铬镍系

除铁外 ,钢中的主要金元素是铬和镍 ,这类不锈钢称为铬镍系不锈钢。

2、按钢的组织结构特种分类

钢的组织结构是指钢的晶体结构和钢的显微组织的特征。不锈钢按其组织结构的不同进 行分类,主要可以分为五大类,即铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈 钢以及沉淀硬化不锈钢。

(1)铁素体不锈钢

铁素体不锈钢是一类具有体心立方结构,含碳量≤0.20%,含铬量在10.5%~32%,在高温和室温下均为铁素体组织的不锈钢,也是一类通过热处理不能使之强化的不锈钢。

根据钢中含铬量的不同,铁素体不锈钢又分为低铬型(铬量在10.5%~15.0%),中铬型(铬量在16%~22%)和高铬型(铬量在23%~32%)。铁素体不锈钢是20世纪初与马氏体、奥氏体几乎同时问世的三大类不锈钢之一,铁素体不锈钢产量仅次于铬镍奥氏体不锈钢,在世界不锈钢总产量中,铁素体不锈钢的产量一般占30%左右。铁素体不锈钢是产量大,应用范围广,在薄截面条件下,综能优良的一类不锈钢,由于此类钢不含镍或个别牌号仅含少量镍,成本和价格相对较低,是不锈钢中主要的节镍不锈钢类。

20世纪五六十年代以前,用电弧炉单炼并加工生产的传统铁素体不锈钢,钢中碳、氮含量处于常规水平,很难再降低。自20世纪60年代以来,由于不锈钢生产技术的进步,采用AOD、VOD等二次精炼工艺冶炼并加工生产的低碳氮和超低碳氮的现代铁素体不锈钢,使传统铁素体不锈钢能上的一些不足得到了较大程度的克服和较圆满的解决。产量增加,使用范围在不断扩大。

(2)奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢在高温和室温下均具有奥氏体组织,没有组织转变,因此,奥氏体不锈钢也是一类不能通过热处理来使钢强化的不锈钢,但由于奥氏体不锈钢易于冷作硬化,所以奥氏体不锈钢可能通过冷作硬化(冷变形)来提高它的强度。此类钢的固溶态强度偏低,曾经是奥氏体不锈钢的一大弱点。

为了解决奥氏体不锈钢的敏化态晶间腐蚀并提高钢的耐蚀,超低碳奥氏体不锈钢钢中碳量一般≤0.03%,在提高耐蚀的同时,钢的强度又有所降低。20世纪70年代以来,控氮(钢中残余氮量在标准允许范围内,例如【N】≤0.10%或【N】≤0.12%)或加氮金化(在常压下,向钢中可加人的大氮量,例如≤0.40%或0.50%)奥氏体不锈钢的出现,通过加氮的固溶强化等手段,也可获得相当高的强度。而通过高压下加氮,所获得的高氮(在加压下可获得的氮量,即【N】>0.4%或≥0.5%)奥氏体不锈钢,可获得非常高的强度和良好的断裂韧。加氮固溶强化和冷作硬化相结,使一些奥氏体不锈钢进入了高强度不锈钢的行列。

铬镍奧氏体不锈钢是现有五大类不锈钢中综能好,牌号多,品种、规格全,适用范围广,发展快,产量大,消费领域宽的一类不锈钢。在世界范围内和在各主要不锈钢产钢国中,铬镍奧氏体不锈钢的产量一般占不锈钢总产量的50%~60%以上。

由于镍是稀缺且价贵的元素,特别是在战时尤为紧缺。20世纪40年代问世的以锰、氮代镍的标准型铬锰奥氏体不锈钢(美国AISI200系钢),虽然开发时间长,但用途窄,产量也低,美国年产量仅占其不锈钢总产量的百分之几。近若干年来,特别是高氮高强度、超高强度的铬锰奥氏体不锈钢的出现,以及高氮无锰奥氏体不锈钢研究所取得的进展引起了人们的广泛关注。

(3)马氏体不锈钢

马氏体不锈钢是一类可通过热处理(淬火、回火)对其能进行调整的不锈钢,按它们的成分特点可分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。

马氏体铬不锈钢主要有低碳(【C】≤0.15%)、中碳(【C】0.16%~0.40%))和高碳(【C】>0.40%))三种。碳在马氏体铬不锈钢中是不可缺少的重要金元素。

马氏体铬不锈钢主要指1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等传统马氏体不锈钢,铬含量大于等于11.5%,高18%,使此类钢具有不锈和弱介质中的耐蚀。钢中含碳量随钢中含铬量的不同,一般在0.10%~1.0%范围内,以保证高温下为奥氏体,淬火后室温下为马氏体,通过层片状高碳马氏体的形成和碳化物的析出,使此类钢具有高强度和高硬度,淬火后再经回火,消除淬火应力并获得均匀稳定的组织,使此类钢具有一定的塑、韧和良好的耐蚀等综能。由于马氏体铬不锈钢的不锈耐蚀在所有不锈钢类中处于劣势,而且塑、韧差,焊接不良或根本不能焊接,从而限制了它们的广泛应用。

马氏体铬镍不锈钢是为了克服传统马氏体不锈钢的一些不足,设备保温施工早期以镍代碳发展了知名的1Cr17Ni2不锈钢。此钢虽然韧较马氏体铬不锈钢有所提高,耐蚀也有改善,但仍不适用于焊接用途。

自20世纪60年代发展起来的现代(超级)马氏体不锈钢,通过用镍进一步代替钢中碳和超低碳,并加入2%~6%Ni,使此钢在高温下仍为奥氏体组织,而淬火、回火在室温下,则为低碳或超低碳的板条状马氏体,与逆转变奥氏体和少量铁素体组成的复结构。钢中进一步再加入钼、铜等作为补充强化,使此钢既保留了马氏体铬不锈钢的高强度,又具有良好的韧和焊接。在同样含铬的条件下,现代马氏体不锈钢的耐蚀远较传统马氏体铬不锈钢更佳。但是由于含碳量低,现代马氏体不锈钢也会失去马氏体铬不锈钢的高硬度、耐磨和高锋利度的特。

(4)双相不锈钢

从发现铬镍奧氏体不锈钢中存在少量铁素体能改善钢的耐晶间腐蚀能,进而出现了a+γ铬镍双相不锈钢,后形成了双相不锈钢系列,并正式成为与前面三大类不锈钢并列的不锈钢类,到现在已有近百年的历史。

由于大量应用的a+γ铬镍双相不锈钢中的含镍量多在5%~7%,仅约为大量应用的铬镍奧氏体不锈钢的1/2,而新开发的经济型双相不锈钢仅含1%~4%Ni,因此,a+γ镍双相不锈钢也是一类重要的节镍不锈钢。

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a+γ铬镍双相不锈钢的发展,大致经历了三个重要阶段。根据双相不锈钢所含的特征元素、PRE值、a和γ两相比例的变化、出现年代以及能特点,大家习惯地把双相不锈钢分为一代、二代和三代双相不锈钢。若按钢中特征元素分类可分为低金、中金和高金双相不锈钢。

一代双相不锈钢受两相比例控制、热加工、焊接以及经济等因素的影响,此类钢的产量较低,但是,现代双相不锈钢的问世很大程度上克服了一代双相不锈钢所存在的缺点和不足,现代双相不锈钢的应用范围有了进一步开发,已成为一类在工程应用领域具发展前景的钢类。

1971年以前,所开发的牌号属于一代双相不锈钢,其中包括20世纪30年代的一个双相不锈钢1Cr25Ni5Mo1.5。一代双相不锈钢的含氮量处于电弧炉冶炼的常规水平。虽然一代双相不锈钢已将双相不锈钢的能特点充分显示了出来,但由于钢的耐点蚀当量PRE值较低,各牌号间的固溶态相比例差别也较大,而且尚难以准确控制,导致焊接接头处双相钢优良特显著下降,甚至完全丧失,严重阻碍了双相不锈钢在焊接用途的应用和发展。

1971~1989年问世的牌号,属于二代双相不锈钢,特点是钢中都含有氮。由于氮是强烈形成并稳定奥氏体的元素,随钢中氮量增加,一方面母材中奥氏体相比例提高,高温下奥氏体稳定也增加,相同温度下,转变为铁素体的数量会有所减少。另一方面,从高温冷却过程中,氮的高扩散速率也有利于铁素体向二次奥氏体的快速转变,从而可防止焊后熔线和热影响区出现单相铁素体组织。氮的加人为二代及其以后的几代双相不锈钢的诞生和发展创造了条件。由于氮在不锈钢中主要是固溶在奥氏体中,因此氮对双相不锈钢的有益作用实际上是氮对双相不锈钢中奧氏体组织能影响的反映。

1990年后所出现的一些牌号,属于三代双相不锈钢,特点是钢中钼、氮量进一步提高,使此类钢的PRE值≥40%,耐蚀特别是耐点蚀、耐缝隙腐蚀等能有了进一步改善,目前又称之为超级双相不锈钢。

进入2000年以来,双相不锈钢的发展呈现两种趋势。一方面进一步提高钢中金元素含量以获得更高强度和更加优良的耐蚀,如瑞典Sandvik公司开发的SAF2707和SAF3207。PRE值大于45%,称特超级双相不锈钢。另一方面转向开发低镍量且不含钼或仅含少量钼的经济型双相不锈钢,以降低双相不锈钢的成本和售价,并显著改善双相不锈钢的热加工和焊接,从而增加双相不锈钢与其他类型不锈钢的竞争优势。

(5)沉淀硬化不锈钢

沉淀硬化不锈钢在室温下钢的基体组织可以是马氏体、奥氏体以及铁素体,经过适宜热处理,在基体上沉淀(析出)金属间化物以及碳化物、氮化物等而使不锈钢强化的一-类不锈钢。

目前获得广泛应用的沉淀硬化不锈钢主要分为三类,即马氏体沉淀硬化不锈钢、半奥氏体沉淀硬化不锈钢和奥氏体沉淀硬化不锈钢。此外,人们常把超低碳马氏体时不锈钢也列入其中。

虽然早在20世纪30年代人们就已了解不锈钢沉淀硬化的原理,但自从出现一个沉淀硬化不锈钢牌号Stainlessw后,一直到1946年也并未获得应用。此后,由于航空、航天以及原子能和化工等对既耐腐蚀又具有高强度/重量比的钢的需求,一些新的沉淀硬化不锈钢开始陆续问世。美国将此类不锈钢列为600系列。超低碳马氏体时不锈钢出现于20世纪60年代。它是在马氏体时钢基础上添加铬,使钢具有不锈而发展起来的。一般也将它列入马氏体沉淀硬化不锈钢类中。

马氏体沉淀硬化不锈钢具有不稳定的奥氏体组织,固溶处理后产生马氏体相变。通过时处理,在马氏体基体上析出二相而使钢强化。

超低碳马氏体时不锈钢具有不锈,在经固溶并时后,在超低碳、高镍马氏体的基础上析出二相而使钢强化。

半奥氏体沉淀硬化不锈钢也是一种奥氏体不稳定的不锈钢,但奥氏体的稳定要比马氏体沉淀硬化不锈钢为高。半奥氏体沉淀硬化不锈钢固溶态在室温下为奥氏体,经过冷加工、低温冷处理或者加热到750摄氏度左右进行调整处理后,可使奥氏体转变为马氏体,然后再经过时处理,在马氏体基体上析出二相而使钢强化。

奥氏体沉淀硬化不锈钢具有稳定奥氏体组织,经固溶处理后再经时,从奥氏体基体上析出二相而使钢强化。

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