不銹耐酸鋼
。在空氣中能抵搞腐蝕的叫不銹鋼;在各種侵蝕性強烈的介質中能抵搞腐蝕作用的鋼叫耐酸鋼。不銹鋼并不一定耐酸,而耐酸鋼一般卻有良好的不銹性能。這類鋼主要含鉻、鎳等合金元素,有和還含有少量的鉬、釩、銅、錳、氮或其他元素。鉻含量有的高達25%左右(含鉻量在13%以下的鋼,只有在腐蝕不強烈的情況下才是耐蝕的),鎳含量高達20%左右。這類鋼主要用于制造化工設備、醫(yī)療器械、食品工業(yè)設備以及其他要求不銹的器件等。歷史
不銹鋼的發(fā)明是冶金史上的一項重大成就。20世紀初,吉耶(L.B.Guillet)于1904~1906年和波特萬(A.M.Portevin)于1909~1911年在法國;吉森(W.Giesen)于1907~1909年在英國發(fā)現(xiàn)了鐵-鉻和鐵-鉻-鎳合金的耐腐蝕性能。蒙納爾茨(P.Monnartz)于1908~1911年在德國提出了不銹性和鈍化理論的許多觀點。工業(yè)用不銹鋼的:含Cr12~13%的馬氏體不銹鋼是布里爾利(H.Brearley)1912~1913年在英國;含Cr14~16%,C0.07~0.15%的鐵素體不銹鋼是丹齊曾 (C.Dantsizen)1911~1914年在美國;含C<1%,Cr15~40%,Ni<20%的奧氏體不銹鋼是毛雷爾 (E.Maurer)和施特勞斯(B.Strauss)1912~1914年在德國。在此基礎上隨后又發(fā)展了的“18-8”不銹鋼(C~0.1%,Cr~18%,Ni~8%)。在馬氏體、鐵素體和奧氏體三大類型不銹鋼相繼出現(xiàn)后,30年代又發(fā)明了奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。40年代至50年代,馬氏體和半奧氏體沉淀硬化不銹鋼和節(jié)約鎳的Cr-Mn-Ni-N等不銹鋼以及含碳量低于 0.03%的超低碳不銹鋼也開始生產。60年代以后又出現(xiàn)了馬氏體時效不銹鋼,TRIP(transformation inducedplasticity,見形變熱處理)不銹鋼和碳,氮總量低于150ppm的鐵素體不銹鋼。70年代末,世界不銹鋼年產量超過1000萬噸,一些不銹鋼產量約占其總鋼產量的1%左右。中國于1952年開始大量試制和生產不銹鋼,至70年代已有45個定型牌號。
合金元素的作用
不銹鋼重要的技術要求是耐蝕性,合適的力學性能,良好的冷、熱加工和焊接等工藝性能。鉻是不銹鋼獲得耐蝕性的基本元素。當鋼中含鉻量達到12%左右時,鋼在氧化性介質中的耐蝕性發(fā)生突變性的上升。此時鋼的表面形成一層極薄而致密的鉻的氧化膜,阻止金屬基體被繼續(xù)侵蝕(見金屬腐蝕)。除鉻外,不銹鋼中還含其他元素,有些是作為主要成分加入的,有的則是殘留的雜質;其影響見下表
類別
不銹耐酸鋼種類繁多,特性各異,按組織分類及其特性如下:
鐵素體不銹鋼
以鉻為主要合金元素,含Cr12~30%,C≤0.25%;有些鋼種還含Mo、Ti等元素,如1Cr17,1Cr25,0Cr18Mo2Ti等。一般呈單相鐵素體或半鐵素體組織。由于此類鋼是單相組織,沒有相變,因而無法通過熱處理使之強化。此類鋼熱導率較大而熱脹系數較小,抗氧化性強,而且耐蝕性隨鋼中鉻量增加而提高,故多用于制造耐大氣、蒸汽、水及氧化性酸和有機酸腐蝕的零部件和耐熱部件。它們的耐氯化物應力腐蝕的性能優(yōu)于一般Cr-Ni奧氏體鋼,但對晶間腐蝕比較敏感。當鋼中增加含硫量(S0.35%)時,還具有良好的易切削性能。 如果鋼中含鉻量≥15%,鐵素體不銹鋼的韌性-脆性轉變溫度會升到室溫以上,而且在≥900℃加熱時會出現(xiàn)晶粒長大而導致出現(xiàn)脆性。在550~750℃和 475℃長期停留也會出現(xiàn)σ相脆性和 475℃脆性。但含碳、氮總量低于150ppm的高鉻鐵素體不銹鋼如Cr18Mo2,Cr26Mo1等,基本上不產生室溫脆性。如果作為焊接部件使用,焊接過程要采取防止增加碳、氮的措施才能獲得滿意性能。
奧氏體不銹鋼
鋼中含Cr約18%、Ni8~10%、C約0.1%時,具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括的“18-8”鋼和在此基礎上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來的高Cr-Ni系鋼。奧氏體組織的鋼是無磁性而且具有高韌性和塑性,但強度較低,而且不能通過相變使之強化,僅能通過冷加工進行強化。如果把S、Ca、Se、Te等元素加入鋼中,它便具有良好的易切削性。此類鋼除耐氧化性酸介質腐蝕外,還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。不銹鋼中的含碳如低于0.03%或含Ti、Nb,就可以提高其耐晶間腐蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼對濃硝酸有良好的耐蝕性。為了節(jié)約價格較高的Ni并使鋼仍具奧氏體組織,以Mn、N代Ni,發(fā)展出了Cr-Mn-Ni-N和Cr-Mn-N不銹鋼。它們除耐氧化性酸、尿素、醋酸等介質外,還具有屈服強度遠高于Cr-Ni奧氏