《南航金属材料学》课件:Ch5 不锈钢.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《《南航金属材料学》课件:Ch5 不锈钢.ppt》由用户(罗嗣辉)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 南航金属材料学 南航金属材料学课件:Ch5 不锈钢 金属材料 课件 Ch5
- 资源描述:
-
1、Chapter 5 不锈钢不锈钢主要内容主要内容第一节第一节 铁素体不锈钢铁素体不锈钢第二节第二节 马氏体不锈钢马氏体不锈钢第三节第三节 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢第四节第四节 双相不锈钢双相不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢教学要求教学要求基本要求:基本要求:不锈钢分类,常用不不锈钢分类,常用不锈钢及其热处理,了解不锈钢的锈钢及其热处理,了解不锈钢的性能和应用。性能和应用。重点和难点:重点和难点:奥氏体不锈钢的晶奥氏体不锈钢的晶间腐蚀、铁素体不锈钢的脆性。间腐蚀、铁素体不锈钢的脆性。 Chapter 5 不锈钢不锈钢背景背景l不锈钢不锈钢是指具有抗腐蚀性能的一类特殊性是指具有抗腐蚀性能的一
2、类特殊性能的钢种。严格意义上讲应该包括能的钢种。严格意义上讲应该包括耐酸钢耐酸钢和通常所说的和通常所说的不锈钢不锈钢。l耐酸钢耐酸钢是指在强腐蚀介质中能耐蚀的钢,是指在强腐蚀介质中能耐蚀的钢,腐蚀速度小于腐蚀速度小于0.1mm/年的耐酸钢称为年的耐酸钢称为“完完全耐蚀全耐蚀”,腐蚀速度小于,腐蚀速度小于1mm/年的耐酸钢年的耐酸钢称为称为“耐蚀耐蚀”。5.0 引言引言5.0 引言引言Chapter 5 不锈钢不锈钢l通常意义上的不锈钢通常意义上的不锈钢是指能抵抗大气及弱是指能抵抗大气及弱腐蚀介质腐蚀的钢种,腐蚀速度小于腐蚀介质腐蚀的钢种,腐蚀速度小于0.01mm/年的不锈钢称为年的不锈钢称为“
3、完全耐蚀完全耐蚀”,腐蚀速度小于腐蚀速度小于0.1mm/年的不锈钢称为年的不锈钢称为“耐耐蚀蚀”。l所以说不锈钢不一定耐酸,但耐酸钢肯定所以说不锈钢不一定耐酸,但耐酸钢肯定是不锈钢。因此不锈钢并不是不能被腐蚀,是不锈钢。因此不锈钢并不是不能被腐蚀,只不过被腐蚀的腐蚀速度较慢而已。只不过被腐蚀的腐蚀速度较慢而已。5.0 引言引言Chapter 5 不锈钢不锈钢l不锈钢对腐蚀介质具有选择性:不锈钢对腐蚀介质具有选择性:同一介质中,不同种类不锈钢的腐蚀速度大同一介质中,不同种类不锈钢的腐蚀速度大不相同;不相同;同一种不锈钢在不同介质中的腐蚀行为也不同一种不锈钢在不同介质中的腐蚀行为也不一样。一样。u
4、例如,不锈钢在氧化性介质中的耐蚀性很好,例如,不锈钢在氧化性介质中的耐蚀性很好,但在非氧化性介质(如盐酸)中的耐蚀性就但在非氧化性介质(如盐酸)中的耐蚀性就不好了。不好了。l因此掌握好各类不锈钢的性能特点,对于正因此掌握好各类不锈钢的性能特点,对于正确选择和使用不锈钢是很重要的。确选择和使用不锈钢是很重要的。5.0 引言引言Chapter 5 不锈钢不锈钢不锈钢机件或结构的性能要求:不锈钢机件或结构的性能要求:l耐蚀;耐蚀;l具有较好的力学性能具有较好的力学性能承受或传递载承受或传递载荷荷;l具有良好的塑性变形加工、切削加工及具有良好的塑性变形加工、切削加工及焊接加工等性能。焊接加工等性能。5
5、.0 引言引言Chapter 5 不锈钢不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢5.0 引言引言不锈钢的分类:不锈钢的分类:l按其正火组织的晶体结构特征进行分类:按其正火组织的晶体结构特征进行分类:铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢奥氏体奥氏体-铁素体型双相不锈钢铁素体型双相不锈钢奥氏体奥氏体-马氏体型(沉淀硬化型)双相不锈钢马氏体型(沉淀硬化型)双相不锈钢l按化学成分进行分类:按化学成分进行分类:铬不锈钢铬不锈钢铬镍不锈钢铬镍不锈钢铬锰不锈钢铬锰不锈钢 5.0 引言引言Chapter 5 不锈钢不锈钢不锈钢的生产流程不锈钢的生产流程5.0 引言
6、引言Chapter 5 不锈钢不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢都是高铬钢,由都是高铬钢,由Fe-Cr相图相图可知,由于铬稳定可知,由于铬稳定的作用,在铬含量到的作用,在铬含量到达达13%时,铁铬合金将无时,铁铬合金将无相变,从高温到相变,从高温到低温一直保持低温一直保持铁素体。又由于铬含量到铁素体。又由于铬含量到达达12%能耐蚀,故这类铁素体钢就成为铁能耐蚀,故这类铁素体钢就成为铁素体不锈钢。素体不锈钢。 5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Fe-Cr相图相图l在铬铁素体不
7、锈钢中,铬从在铬铁素体不锈钢中,铬从13%到到30%,随着铬含量的增加,钢的耐蚀性能增加,随着铬含量的增加,钢的耐蚀性能增加,所以铁素体不锈钢是所以铁素体不锈钢是含含13%30%Cr的钢的钢。l铁素体的耐蚀性(对硝酸氨水等)和抗氧铁素体的耐蚀性(对硝酸氨水等)和抗氧化性均较好,特别是抗应力腐蚀性能较好,化性均较好,特别是抗应力腐蚀性能较好,但力学性能及工艺性能较差,多用于但力学性能及工艺性能较差,多用于受力受力不大的耐酸结构不大的耐酸结构和和抗氧化钢抗氧化钢使用。使用。 5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢一、铁素体不锈钢的化学成分及平衡组织一、铁素体不锈钢的化学成
8、分及平衡组织1铁素体不锈钢的化学成分铁素体不锈钢的化学成分铬含量一般为铬含量一般为13%30%,根据其中铬的根据其中铬的含量可以分为三个类型:含量可以分为三个类型:lCr13型型lCr1619型(亦称型(亦称Cr17型)型)lCr2528型(亦称型(亦称Cr28型)。型)。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢碳含量通常在碳含量通常在0.10%左右左右。由于高铬铁素体由于高铬铁素体钢在常规冶炼过程中,其中的碳含量不易降钢在常规冶炼过程中,其中的碳含量不易降低,因而当铬含量超过低,因而当铬含量超过21%时,碳含量可以时,碳含量可以放宽到放宽到0.15%。 加加Ti提高这
9、类钢的抗晶间腐蚀能力,并抑制提高这类钢的抗晶间腐蚀能力,并抑制晶粒粗化脆化倾向;晶粒粗化脆化倾向;加加Mo可在有机酸及含可在有机酸及含Cl-离子的介质中有较强的抗蚀性;离子的介质中有较强的抗蚀性;加加S可以可以提高其切削加工性能;提高其切削加工性能;加加Al、Si可以进一步可以进一步提高耐蚀性而成为抗氧化钢。提高耐蚀性而成为抗氧化钢。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢2铁素体不锈钢的平衡组织铁素体不锈钢的平衡组织Chapter 5 不锈钢不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢对对Cr17型钢型钢,由于钢中还含有,由于钢中还含有Si等
10、合金元素,等合金元素,所以当所以当Cr当量约为当量约为18%19%。该钢在高温。该钢在高温下(下(950以上)为以上)为+两相组织,在两相组织,在850950之间钢具有之间钢具有+Cr23C6三相组三相组织,而在室温下的平衡组织为铁素体加织,而在室温下的平衡组织为铁素体加Cr23C6型碳化物。型碳化物。对于对于Cr28型钢型钢,即当量升高到,即当量升高到25%以上时,以上时,在在1200以下钢中无以下钢中无多晶型转变,一直多晶型转变,一直保持铁素体和碳化物。保持铁素体和碳化物。Chapter 5 不锈钢不锈钢二、铁素体不锈钢的脆性二、铁素体不锈钢的脆性引起脆性的原因主要有:引起脆性的原因主要有
11、:l粗晶脆性粗晶脆性l相脆性相脆性l475脆性脆性5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l粗晶脆性粗晶脆性当压力加工(锻或轧)温度当压力加工(锻或轧)温度达到再结晶温度时,发生再结晶和晶粒达到再结晶温度时,发生再结晶和晶粒的正常长大;当温度超过的正常长大;当温度超过850900以上,再结晶晶粒发生显著粗化。粗大以上,再结晶晶粒发生显著粗化。粗大晶粒导致这类钢的冷脆性倾向增大,冷晶粒导致这类钢的冷脆性倾向增大,冷脆转变温度高,室温时冲击韧性很低。脆转变温度高,室温时冲击韧性很低。Chapter 5 不锈钢不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢u防止措施防止措施高铬铁素体
12、不锈钢在加热和冷却时不发生高铬铁素体不锈钢在加热和冷却时不发生固态相变,因此铸态下的粗大晶粒组织不固态相变,因此铸态下的粗大晶粒组织不能通过相变重结晶来细化,一般能通过相变重结晶来细化,一般只能通过只能通过压力加工碎化,且在压力加工时必须将终压力加工碎化,且在压力加工时必须将终锻或终轧温度控制在锻或终轧温度控制在750750以下。以下。钢中钢中加入少量加入少量TiTi来控制晶粒长大的倾向来控制晶粒长大的倾向。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l相脆性相脆性相具有高的硬度,相具有高的硬度,68HRC以以上,形成时还伴随着相当大的体积效应,上,形成时还伴随着相当大的体
13、积效应,又常常沿晶界分布,故引起很大的脆性,又常常沿晶界分布,故引起很大的脆性,并可能促进晶间腐蚀。并可能促进晶间腐蚀。u根据根据Fe-Cr相图,相图,45%Cr在在820开始形成开始形成相。相。Cr含量降低时,形成含量降低时,形成相的温度降低。相的温度降低。CrCr含量低于含量低于30%30%时,由于低温原子扩散困时,由于低温原子扩散困难,已很难形成难,已很难形成相。相。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢Fe-Cr相图相图u相形成的条件相形成的条件F成分成分:在实际生在实际生产中,由于产中,由于Cr钢中钢中的成分偏析或其它的成分偏析或其它稳定稳定相的合金元素相的
14、合金元素的作用,的作用,17%Cr17%Cr的的不锈钢就有可能形不锈钢就有可能形成成相。相。Chapter 5 不锈钢不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢当钢中当钢中Cr含量大于含量大于17%时,随着时,随着Cr含量增含量增加以及添加的铁素体形成元素加以及添加的铁素体形成元素Si、Nb、Ti、Mo等,使析出等,使析出相的倾向增加;相的倾向增加;Mn由于能大量溶进由于能大量溶进相,也使形成相,也使形成相的极相的极限限Cr含量降低;含量降低;Ni则促使析出则促使析出相的极限相的极限Cr含量增加,并含量增加,并升高升高相的上限温度;相的上限温度;C、N也使形成也使形成相的极限相的极限Cr含量增加。
15、含量增加。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢F冷加工冷加工:需要指出的是,预先冷加工也促使形成需要指出的是,预先冷加工也促使形成相的倾向性增大,并使形成相的倾向性增大,并使形成相的温度降相的温度降低。低。 F温度温度:由于由于相的形成速度是缓慢的,在接近形相的形成速度是缓慢的,在接近形成温度上限时,速度增大。温度愈低,形成温度上限时,速度增大。温度愈低,形成速度愈慢,如成速度愈慢,如27%Cr钢在钢在550加热数加热数小时,才形成小时,才形成相。相。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢u防止措施防止措施对于已形成的对于已形成的相的钢,重
16、新加热到相的钢,重新加热到820以上保温半小时,可使以上保温半小时,可使相重新溶入相重新溶入铁素铁素体,随后快冷,从而消除体,随后快冷,从而消除相脆性,恢复钢相脆性,恢复钢的韧性。的韧性。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢u必须指出的是,必须指出的是,相不仅见于高铬铁素体相不仅见于高铬铁素体不锈钢中,还见于奥氏体、奥氏体不锈钢中,还见于奥氏体、奥氏体-铁素铁素体不锈钢中。体不锈钢中。奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢则在长期的则在长期的600800温温度中工作就可能析出度中工作就可能析出相,从而使钢变脆;相,从而使钢变脆;在在奥氏体奥氏体- -铁素体钢铁素体钢中,中,相易从
17、铁素体中相易从铁素体中形成,也使钢脆化。形成,也使钢脆化。 5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l475脆性脆性高铬钢中,高铬钢中,Cr含量大于含量大于15%时,在时,在400525温度范围内长时间加温度范围内长时间加热后或在此温度范围内缓慢冷却时,钢热后或在此温度范围内缓慢冷却时,钢在室温下变得很脆,这个现象尤以在室温下变得很脆,这个现象尤以475加热最甚,故这种脆性称为加热最甚,故这种脆性称为475脆性。脆性。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l产生产生475475脆性的原因:脆性的原因:475加热时,铁加热时,铁素体内固溶的素体内
18、固溶的Cr原子有序化,形成富原子有序化,形成富Cr的的体心立方点阵相(体心立方点阵相(80%Cr、20%Fe),相),相在在100晶面族上或位错处析出,并与母相晶面族上或位错处析出,并与母相保持共格关系,引起较大的晶格畸变和内保持共格关系,引起较大的晶格畸变和内应力,使钢的强度增加,韧性下降。应力,使钢的强度增加,韧性下降。l防止措施防止措施对已产生对已产生475脆性的钢,可通脆性的钢,可通过过700800短时加热,然后快冷的办法短时加热,然后快冷的办法来消除。来消除。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢三、铁素体不锈钢的热处理三、铁素体不锈钢的热处理由由Fe-Cr
19、相图可知,高铬的铁素体不锈钢相图可知,高铬的铁素体不锈钢平衡态组织为铁素体平衡态组织为铁素体+铬的碳化物。在加铬的碳化物。在加热和冷却过程中有碳化物的溶解析出过程,热和冷却过程中有碳化物的溶解析出过程,所以这类钢所以这类钢热轧退火态组织热轧退火态组织为富为富Cr的合金的合金铁素体铁素体+碳化物。碳化物。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢高温下部分高温下部分相变,会使冷却过程中产相变,会使冷却过程中产生马氏体转变,增加钢的脆性并促进晶间生马氏体转变,增加钢的脆性并促进晶间腐蚀倾向。腐蚀倾向。碳化铬的析出容易产生点蚀,在导致碳化碳化铬的
20、析出容易产生点蚀,在导致碳化物周围贫铬区时会产生晶间腐蚀倾向;物周围贫铬区时会产生晶间腐蚀倾向;Chapter 5 不锈钢不锈钢铁素体不锈钢在热轧后常采用淬火,退火铁素体不锈钢在热轧后常采用淬火,退火两种热处理制度。两种热处理制度。l淬火淬火采用采用870950加热,保温加热,保温1h后水后水冷,以避免高温晶间腐蚀和铁素体晶粒粗冷,以避免高温晶间腐蚀和铁素体晶粒粗大引起的脆化;大引起的脆化;l退火退火通常采用通常采用560800加热保温后快加热保温后快冷,以免引起冷,以免引起相析出,避免相析出,避免475脆性,脆性,消除应力,消除贫铬区。消除应力,消除贫铬区。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢C
21、hapter 5 不锈钢不锈钢四、铁素体不锈钢的应用举例四、铁素体不锈钢的应用举例Cr13型典型的钢种有型典型的钢种有0Cr13Al、00Cr12、1Cr15等,常用作耐热钢如汽车排气阀等。等,常用作耐热钢如汽车排气阀等。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢Cr17型典型的钢种有型典型的钢种有00Cr17、1Cr17、1Cr17Mo、00Cr18Mo2等,可耐大气、淡水、稀等,可耐大气、淡水、稀硝酸等介质腐蚀。硝酸等介质腐蚀。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢Cr28型典型的钢种有:型典型的钢种有:00Cr27Mo、00Cr30Mo等,
22、是耐强腐蚀介质的耐酸钢。等,是耐强腐蚀介质的耐酸钢。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢由由Fe-Cr相图可知,马氏体不锈钢的铬含量相图可知,马氏体不锈钢的铬含量在在12% 18%之间,和铁素体不锈钢相比,之间,和铁素体不锈钢相比,除铬的上限含量较低外,还含有一定量的除铬的上限含量较低外,还含有一定量的C和和Ni等等相稳定元素,使这类钢在加热时有相稳定元素,使这类钢在加热时有较多的或完全的较多的或完全的相出现;又因相出现;又因稳定化元素稳定化元素含量不多,含量不多,Ms点仍在室温以上,所以淬火冷点仍在室温以上,所以淬火冷却时能产生马氏体相变,故此称为马氏体不却时能产
23、生马氏体相变,故此称为马氏体不锈钢。锈钢。 5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢5.2 马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢一、马氏体不锈钢的化学成分及平衡组织一、马氏体不锈钢的化学成分及平衡组织1 1马氏体不锈钢的化学成分马氏体不锈钢的化学成分根据马氏体不锈钢中铬和碳的含量,可根据马氏体不锈钢中铬和碳的含量,可以将马氏体不锈钢分为三类:以将马氏体不锈钢分为三类:低碳及中碳的低碳及中碳的13%Cr钢钢高碳的高碳的18%Cr钢钢低碳的低碳的17%Cr-2%Ni钢钢 5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l对于低对于低C及中及中C的不锈钢的不锈钢,因有一部分因
24、有一部分Cr要要和和C化合形成化合物而脱离固溶体,按化合形成化合物而脱离固溶体,按n/8规规律,律,1/8值时铬不锈钢最低的铬含量应为值时铬不锈钢最低的铬含量应为11.7%,故要使钢具有不锈的性能,钢中,故要使钢具有不锈的性能,钢中Cr含量应提高到含量应提高到13%;l对于高对于高C的的9Cr18,由于碳含量增高,钢中由于碳含量增高,钢中形成大量的碳化铬,使得固溶体中的形成大量的碳化铬,使得固溶体中的Cr降低降低较多,所以总的较多,所以总的Cr含量提高到含量提高到18%,以保证,以保证固溶体中的固溶体中的Cr含量达到含量达到1/8值。值。 5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈
25、钢不锈钢FC含量的变化对不锈钢的性能影响较大,因含量的变化对不锈钢的性能影响较大,因此对于不同此对于不同C含量就形成了不同的含量就形成了不同的13%Cr钢钢种。种。F在马氏体不锈钢中,随着在马氏体不锈钢中,随着C含量的增加,第含量的增加,第二相的数量增加,使得钢的强度升高,耐蚀二相的数量增加,使得钢的强度升高,耐蚀性下降;随着性下降;随着Cr含量的增加,耐蚀性增加。含量的增加,耐蚀性增加。5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l1Cr17Ni2钢是在钢是在Cr13型的基础上通过提高型的基础上通过提高Cr含量,即将含量,即将Cr含量提高到含量提高到17%再加入再加入2%N
展开阅读全文