• 不锈钢

   

  （金属材料）

   

不锈钢（Stainless Steel）是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢；而将耐化学腐蚀介质（酸、碱、盐等化学浸蚀）腐蚀的钢种称为耐酸刚。

由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。“不锈钢”一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。和建筑构造应用领域有关的钢种通常只有六种。它们都含有17～22%的铬，较好的钢种还含有镍。添加钼可进一步改善大气腐蚀性，特别是耐含氯化物大气的腐蚀。

不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。

历史起源

不锈钢的发明和使用，要追世界大战时期。英国科学家亨利·布雷尔利受英国军部兵工厂委托，研究武器的改进工作。布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢。

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主要类型

不锈钢常按组织状态分为：马氏体刚、铁素体刚、奥氏体刚、奥氏体-铁素体（双相）不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。另外，可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。还有用于压力容器用的不锈钢《GB24511_2009_承压设备用不锈钢钢板及钢带》。

不锈钢

铁素体不锈钢

含15%～30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢，属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。

奥氏体不锈钢

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含铬大于18%，还含有 8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的Wc<0.08%，钢号中标记为“0”。这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和无磁或弱磁性，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等，另外还可用作不锈钢钟表饰品的主体材料。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热至1050～1150℃，然后水冷或风冷，以获得单相奥氏体组织。

奥氏体 - 铁素体双相不锈钢

兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。奥氏体和铁素体组织

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各约占一半的不锈钢。在含碳量较低的情况下，铬（Cr）含量在18%~28%，镍（Ni）含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

沉淀硬化不锈钢

基体为奥氏体或马氏体组织，沉淀硬化不锈钢的常用牌号有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通过沉淀硬化（又称时效硬化）处理使其硬（强）化的不锈钢。

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马氏体不锈钢

强度高，但塑性和可焊性较差。马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。锻造、冲压后需退火。

承压设备用不锈钢钢板及钢带

压力容器不锈钢，其分类和代号、尺寸、外形及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志及产品质量证明书等有明确要求。常用牌号有06Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2数字代号为：S30408、S31603等。主要用于食品机械、制药机械等卫生级设备。  

主要特性

焊接性

产品用途的不同对焊接性能的要求也各不相同。一类餐具对焊接性能一般不做要求，甚至包括部分锅类企业。但是绝大多数产品都需要原料焊接性能好，像二类餐具、保温杯、钢管、热水器、饮水机等。

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耐腐蚀性

绝大多数不锈钢制品要求耐腐蚀性能好，像一、二类餐具、厨具、热水器、饮水机等，有些国外商人对产品还做耐腐蚀性能试验：用NACL水溶液加温到沸腾，一段时间后倒掉溶液，洗净烘干，称重量损失，来确定受腐蚀程度（注意：产品抛光时，因砂布或砂纸中含有Fe的成分，会导致测试时表面出现锈斑）

抛光性能

当今社会不锈钢制品在生产时一般都经过抛光这一工序，只有少数制品如热水器、饮水机内胆等不需要抛光。因此这就要求原料的抛光性能很好。影响抛光性能的因素主要有以下几点：

①原料表面缺陷。如划伤、麻点、过酸洗等。

②原料材质问题。硬度太低，抛光时就不易抛亮（BQ性不好），而且硬度太低，在深拉伸时表面易出现桔皮现象，从而影响BQ性。硬度高的BQ性相对就好。

③经过深拉伸的制品，变形量的区域表面也会出小的黑点和RIDGING，从而影响BQ性。

耐热性能

耐热性能是指高温下不锈钢仍能保持其优良的物理机械性能。

碳的影响：碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳。定奥氏体且扩大奥氏体区的元素。碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍，碳是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。碳还可提高奥氏体不锈钢在高浓氯化物(如42%MgCl2沸腾溶液)中的耐应力耐腐蚀的性能。

但是，在奥氏体不锈钢中，碳常常被视为有害元素，这主要是由于在不锈钢的耐蚀用途中的一些条件下(比如焊接或经450~850℃加热)，碳可与钢中的铬形成高铬的Cr23C6型碳化合物从而导致局部铬的贫化，使钢的耐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能下降。因此。60年代以来新发展的铬镍奥氏体不锈钢大都是碳含量小于0.03%或0.02%低碳型的，可以知道随着碳含量降低，钢的晶间腐蚀敏感性降低，当碳含量低于0.02%才具有明显的效果，一些实验还指出，碳还会增大铬奥氏体不锈钢的点腐蚀分倾向。由于碳的有害作用，不仅在奥氏体不锈钢冶炼过程中应按要求控制尽量低的碳含量，而且在随后的热、冷加工和热处理等过程中也在防止不锈钢表面增碳，避免铬的碳化物析出。

耐腐蚀性

当钢中铬量原子数量不低于12.5%时，可使钢的电极电位发生突变，由负电位升到正的电极电位。阻止电化学腐蚀。

结构成分

不锈钢的耐蚀性随含碳量的增加而降低，因此，大多数不锈钢的含碳量均较低，大不超过1.2%，有些钢的ωc（含碳量）甚至低于0.03%（如00Cr12）。不锈钢中的主要合金元素是Cr（铬），只有当Cr含量达到一定值时，钢材有耐蚀性。因此，不锈钢一般Cr（铬）含量至少为10.5%。不锈钢中还含有Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Cu等元素。

制作材料

各产品由于用途的不同，其加工工艺和原料的品质要求也不同。一般来说不锈钢制品的不同，其要求原料厚度公差也各不相同，象二类餐具和保温杯等，厚度公差一般要求较高，为-3~5%，而一类餐具厚度公差一般要求-5%，钢管类要求-10%，宾馆用冷柜用材厚度公差要求为-8%，经销商对厚度公差的要求一般在-4%~6%间。同时产品内外销的不同也会导致客户对原料厚度公差要求的不同。一般出口产品客户的厚度公差要求较高，而内销企业对厚度公差要求相对较低（大多出于成本方面考虑），部分客户甚至要求-15%。

①DDQ（deep drawing quality）材：是指用于深拉（冲）用途的材料，也就是大家所说的的软料，这种材料的主要特点是延伸率较高（≧53%），硬度较低（≦170%），内部晶粒等级在7.0~8.0之间，深冲性能。许多生产保温瓶、锅类的企业，其产品的加工比（BLANKING SIZE/制品直径）一般都比较高，它们的加工比分别达3.0、1.96、2.13、1.98。SUS304DDQ用材主要就是用于这些要求较高加工比的产品，当然加工比超过2.0的产品一般都需经过几道次的拉伸才能完成。如果原料延伸方面达不到的话，在加工深拉制品时产品极易产生裂纹、拉穿的现象，影响成品合格率，当然也就加大了厂家的成本；

②一般材：主要用于除了DDQ用途外的材料，这种材料的特点是延伸率相对较低（≧45%），而硬度相对较高（≦180HB），内部晶粒度等级在8.0~9.0间，与DDQ用材比较，它的深冲性能相对稍差，它主要用于不需伸拉就能得到的制品，象一类餐具的勺、匙、叉、电器用具、钢管用途等。但它与DDQ材相比有一个优点，就是BQ性相对较好，这主要是由于它的硬度稍高的缘故。

不锈钢薄板是一种价格不高的材料，但是客户对它的表面质量要求非常高。不锈薄板在生产过程中不可避免会出现各种缺陷，如划伤、麻点、沙孔、暗线、折痕、污染等，从而其表面质量，象划伤、折痕等这些缺陷是材不允许出现的，而麻点、沙孔这种缺陷在勺、匙、叉、制作时也是决不允许的，因为抛光时很难抛掉它。需要根据表面各种缺陷出现的程度和频率，来确定其表质量等级，从而来确定产品等级。

物理性能

与碳钢比较

1、密度

碳钢的密度略铁素体和马氏体型不锈钢，而略低于奥氏体型不锈钢；

2、电阻率

电阻率按碳钢、铁素体型、马氏体型和奥氏体型不锈钢排序递增；

3、线膨胀系数大小的排序也类似，奥氏体型不锈钢高而碳钢小；

4、碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性，奥氏体型不锈钢无磁性，但其冷加工硬化生成马氏体相变时将会产生磁性，可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。

奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点：

1）高的电阻率，约为碳钢的5倍。

2）大的线膨胀系数，比碳钢大40%，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地提高。

3）低的热导率，约为碳钢的1/3。

典型用途

大多数的使用要求是长期保持建筑物的原有外貌。在确定要

不锈钢产品

选用的不锈钢类型时，主要考虑的是所要求的审美标准、所在地大气的腐蚀性以及要采用的清理制度。然而，其它应用越来越多的只是寻求结构的完整性或不透水性。例如，工业建筑的屋顶和侧墙。在这些应用中，物主的建造成本可能比审美更为重要，表面不很干净也可以。在干燥的室内环境中使用304不锈钢效果相当好。

但是，在乡村和城市要想在户外保持其外观，就需经常进行清洗。在污染严重的工业区和沿海地区，表面会非常脏，甚至产生锈蚀。但要获得户外环境中的审美效果，就需采用含镍不锈钢。所以，广泛用于幕墙、侧墙、屋顶及其它建筑用途，但在侵蚀性严重的工业或海洋大气中，好采用316不锈钢。有几种设计准则中包括了304和316不锈钢。

因为"双相"不锈钢2205已把良好的耐大气腐蚀性能和高抗拉强度及弹限强度融为一体，所以，欧洲准则中也包括了这种钢。产品形状，实际上，不锈钢是以全标准的金属形状和尺寸生产制造的，而且还有许多特殊形状。常用的产品是用薄板和带钢制成的，也用中厚板生产特殊产品，例如，生产热轧结构型钢和挤压结构型钢。而且还有圆型、椭圆型、方型、矩型和六角型焊管或无缝钢管及其它形式的产品，包括型材、棒材、线材和铸件。为了满足建筑师们美学的要求，已开发出了多种不同的商用表面加工。

影响因素

不论不锈钢板还是耐热钢板，奥氏体型的钢板的综合性能好，既有足够的强度，又有的塑性同时硬度也不高，这也是它们被广泛采用的原因之一。奥氏体型不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服强度和硬度，随着温度的降低而提高；塑性则随着温度降低而减小。其抗拉强度在温度15~80°C范围内增长是较为均匀的。更重要的是：随着温度的降低，其冲击韧度减少缓慢，并不存在脆性转变温度。所以不锈钢在低温时能保持足够的塑性和韧性。不锈钢的耐热性能是指高温下，既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性。

铬的影响

铬是奥氏体不锈钢中主要的合金元素，奥氏体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得主要是由于在会质作用下，铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果。○1铬对组织的影响：在奥氏体不锈钢中，铬是强烈形成并稳定铁体的元素，缩小奥氏体区，随着钢中含量增加，奥氏体不锈钢中可出现铁素体（δ）组织，研究表明，在铬镍奥氏体不锈钢中，当碳含量为0.1%，铬含量为18%时，为获得稳定的单一奥氏体组织，所需镍含量低，约为8%，就这一点而言，常用的18Cr—8Ni型铬镍奥氏体不锈钢是含铬，镍量配比为适宜的一种。有奥氏体不锈钢中，随着铬含量的增加，一些金属间相（比如δ相）的形成倾向增大，当钢中含有钼时，铬含含量会增加还会χ相等的形成，如前所述，σ，χ相的析出不仅显著降低钢的塑性和韧性，而且在一些条件下还降低钢的耐蚀性，奥氏体不锈钢中铬含量的提高可使马氏体转烃温度（Ms）下降，从而提高奥氏体基体的稳定性。因此高铬（比如超过20%）奥氏体不锈钢即使经过冷加工和低温处理也很难获得马氏体组织。

铬是强碳化物形成元素，在奥氏体不锈钢中也不例外，奥氏体不锈钢中常见的铬碳化物有Cr23C6；当钢中含有钼或铬时，还可见到期Cr6C等碳化物，它们的形成在某些条件下对钢的性能会产生重要影响。○2铬对性能的影响：一般来说，只要奥氏体不锈钢保持完全奥氏体组织而没有δ铁素体等的形成，仅提高钢中铬含量不会对力学性能有显著影响，铬对奥氏体不锈钢性能影响大的是耐蚀性，主要表现为：铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能；在镍以及钼和铜复合作用下，铬提高钢耐一些还原性介质，有机酸，尿素和碱介质的性能；铬还提高钢耐局部腐蚀，比如晶间腐蚀。点腐蚀，缝隙腐蚀以及某此条件下应力腐蚀的性能。对奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性影响大的因素是钢中碳含量，其他元素对晶间腐蚀的作用主要视其对碳化物的溶解和沉淀行为的影响而定，在奥氏体不锈钢中，铬能增大碳的溶解度而降低铬的贫化度，因而提高铬含量对奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀是有益，铬非常有效地改善奥氏体不锈钢的耐点腐蚀及缝隙腐蚀性能，当钢中同时有钼或钼及氮存在时，铬的这种有效性大加强，虽然根据研究钼的耐点腐蚀及缝隙腐蚀的能力为铬的3倍左右，氮为铬的30倍，但是大量研究，奥氏体不锈钢中如果没有铬或者铬含量较低，钼及氮的耐点腐蚀与缝隙腐蚀作用便会丧失或不够显著。

铬对奥氏体不锈钢的耐应力腐蚀性能的作用，随实验介质条件及实际使用环境而异，在MgCl2沸腾溶液中，铬的作用一般是有害的，但是在含Cl-和氧的水介质，高温高压水以及点腐蚀为起源的应力腐蚀条件下，提高钢中铬含量则对耐应力腐蚀有利，同时，铬还可防止奥氏体不锈钢及合金中由于镍含量提高而容易出现的晶间型应力腐蚀的倾向，对开裂性（NaOH）应力腐蚀，铬的作用也是有益的，铬除对奥氏体不锈钢耐蚀性有重要影响外，还能显著提高该类钢的抗氧化，抗硫化和抗融盐腐蚀等性能。

镍的影响

1 镍对组织的影响

镍是强烈稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，为了获得单一的奥氏体组织，当钢中含有0.1%碳和18%铬时所需的低镍含量约为8%，这便是18-8铬镍奥氏体不锈钢的基本分，奥氏体不锈钢中，随着镍含量的增加，残余的铁素体可完全消除，并显著降低σ相形成的倾向；同时马氏体转烃温度降低，甚至可不出现λ→M相变，但是镍含量的增加会降低碳在奥氏体不锈钢中的溶解度，从而使碳化物析出倾向增强。

2 镍对性能的影响

镍对奥氏体不锈钢特别是对铬镍奥氏体不锈钢力学性能的影响，主要是由镍对奥氏体稳定性的影响来决定，在钢中可能发生马氏体转变的镍含量范围内，随着镍含量的增加，钢的强度降低而塑性提高，具有稳定奥氏体组织的铬镍奥氏体不锈钢韧性（包括极低温韧性）非常优良，因而可作为低温钢使用，这是众所周知的，对于具有稳定奥氏体组织的铬锰奥氏体不锈钢，镍的加入可进一步改善其韧性。镍还可显著降低奥氏体不锈钢的冷加工硬化倾向，这主要是由于奥氏体稳定性增大，减少以至消除了冷加工过程中的马氏体转变，同时对奥氏体本身的冷加工硬化作用不太明显，不锈钢冷加工硬化倾向的影响，镍降低奥氏体不锈钢冷加工硬化速率，与降低钢的室温及低温强度，提高塑性的作用，决定了镍含量的提高有利于奥氏体不锈的冷加工成形性能，提高镍含量还可减少以至消除18-8和17-14-2型铬镍奥氏体不锈钢中的δ铁素体，从而提高其热加工性能，但是，δ铁素体的减少对这些钢种的可焊接性不利会增大焊接热裂纹丝倾向，此外，镍还可显著提高铬锰氮（铬锰镍氮）奥氏体不锈钢的热加工性能，从而显著提高钢的成材率，在奥氏体不锈钢中，镍的加入以及随着镍含量的提高，导致钢的热力学稳定性增加，因此奥氏体不锈钢具有更好的不锈性和耐氧化性介质的性能，且随着镍含量增加，耐还原性介质的性能进一步得到改善.值得指出，镍还是提高奥氏体不锈耐许多介质穿晶型应力腐蚀的重要元素，在各种酸介质中镍对奥氏体不锈钢耐蚀性能的影响，需要指出，在高温高压水中的一些条件下，镍含量的提高导致钢和合金的晶间型应力腐蚀敏感性增加，但是这种不利作用会由于钢及合金中铬含量的提高而获得减轻或受到抑制.随磁卡奥氏体不锈钢中镍含量的提高，其产生晶间腐蚀的临界碳含量降低，即钢的晶间腐蚀敏感性增加，至于对奥氏体不锈钢耐点腐蚀及缝隙腐蚀的性能，镍的作用并不显著，此外，镍还提高奥氏体不锈钢的高温抗氧化性能，这主要与镍改善了铬的氧化膜的成分，结构和性能降低，并且镍含量越高越有害，这主要是由于钢中晶界处低熔点硫化镍所致，一般来说，简单的铬镍（及铬锰氮）奥氏体不锈钢仅用于要求不锈性和耐氧化性介质（比如硝酸等）的使用条件下，钼作为奥氏体不锈钢中的重要合金元素加入到钢中使其使用范围进一步扩大，钼的作用主要是提高钢在还原性介质

钼的影响

1 钼对组织的影响

钼和铬都是形成和稳定铁素体并扩大铁素体相区的元素，钼形成铁素体的能力与铬相当。钼还促进奥氏体不锈钢中金属间相，比如σ相，κ相，和Laves相等的沉淀，对钢的耐蚀性和力学性能都会产生不利影响，特别是导致塑性，韧性下降。为使奥氏体不锈钢保持单一的奥氏体组织，随着钢中钼含量的增加，奥氏体形成元素（镍，氮及锰等）的含量也要相应提高，以保持钢中铁素体与奥氏体形成元素之间的平衡。

2 钼对性能的影响

钼对奥氏体不锈钢的氧化作用不显著，因此当铬镍奥氏体不锈钢保持单一的奥氏体组织且无金属间析出时，钼的加入对其室温力学性能影响不大，但是，随着钼含量的增加，钢的高温强度提高，比如持久，蠕变等性能均获较大改善，因此含钼不锈钢也常在高温下应用，然而，钼的加入使钢的高温变形抗力增大，加之钢中常常存在少量δ铁素体因而含钼不锈钢的热衷加工性比不含钼钢为差，而且钼含量越高，热加工性能越坏，另外，含钼奥氏体不锈钢中容易发生κ（σ）相沉淀，这将显著恶化钢的塑性和韧性，因此在含钼奥氏体不锈钢的生产，设备制造和应用过程中，要注意防止钢中金属间相的形成，虽然钼作用为合金元素对奥氏体不锈钢耐还原性介质，面点腐蚀及缝隙腐蚀的原因尚不完全清楚，但大量实验已指出，钼的耐蚀作用仅相当钢中含有较高量的铬时才有效，钼主要是强化钢中铬的耐蚀作用，与此同时，钼形成酸盐后的缓蚀作用也已为实验所证实，在耐高浓氯化物溶液的应力腐蚀方面，虽然钼作为合金元素对奥氏体不锈钢耐还原性介质，耐点腐蚀及缝隙腐蚀的原因尚不完全清楚，但大量实验已指出，钼的作用仅当钢中含有较高量的铬时才有效，钼主要是强化钢中铬的耐蚀作用，与此同时，钼形成钼酸盐后的缓冲作用也已为实验所证实，在耐高浓氯化物沉沦的应力腐蚀方面，虽然一此实验指同。3#以下的钼对奥氏体不锈钢的耐应力腐蚀性能有害，但是由于常见铬镍奥氏体不锈钢多在含有微量氯化物及饱和氧的水介质中使用，其应力腐蚀又以点腐蚀为起源，因此含钼的铬镍钼奥氏体不锈钢由于耐点腐蚀性能较高，所以在实际应用中常常比不含钼钢具有更好的耐氯化物应力腐蚀性能。