不锈钢材料知识解读课件.ppt
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- 不锈钢材料 知识 解读 课件
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1、化工机械及设备不锈钢材料性能第1页,共23页。目前,已知的化学元素有100多种,在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说,最常用的元素有十几种,除了组成钢的基本元素铁以外,对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是:碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外,都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的,当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时,它们的影响要比单独存在时复杂得多,因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用,而且要注意它们互相之
2、间的影响,因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。概述第2页,共23页。v碳是工业用钢的主要元素之一,钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式,在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面,一方面碳是稳定奥氏体的元素,并且作用的程度很大(约为镍的30倍),另一方面由于碳和铬的亲和力很大,与铬形成系列复杂的碳化物。所以,从强度与耐腐烛性能两方面来看,碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。碳在不锈钢中具有两重性 第3页,共23页。v碳是工业用钢的主要元素之一,钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式,在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢
3、中对组织的影响主要表现在两方面,一方面碳是稳定奥氏体的元素,并且作用的程度很大(约为镍的30倍),另一方面由于碳和铬的亲和力很大,与铬形成系列复杂的碳化物。所以,从强度与耐腐烛性能两方面来看,碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。碳在不锈钢中具有两重性 第4页,共23页。v例如:0Cr134Cr13这五个钢号,由于含碳量不同,强度与耐腐蚀性能也是有区别的,0Cr132Cr13钢的耐腐蚀性较好但强度低于3Cr13和4Cr13钢,多用于制造结构零件,后两个钢号由于含碳较高而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度及耐磨的零件。又如为了克服188铬镍不锈钢的晶间腐蚀,可以将钢的含碳量降至0.03%以
4、下,或者加入比铬和碳亲和力更大的元素(钛或铌),使之不形成碳化铬,再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时,我们可以在增加钢的含碳量的同时适当地提高含铬量,做到既满足硬度与耐磨性的要求,又兼顾定的耐腐蚀功能,工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢9Cr18和9Cr17MoVCo钢,含碳量虽高达0.850.95%,由于它们的含铬量也相应地提高了,所以仍保证了耐腐蚀的要求。碳在不锈钢中具有两重性 第5页,共23页。v总的来讲,目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的,大多数不锈钢的含碳量在0.10.4%之间,耐酸钢则以含碳0.10.2%的居多。含碳量大于0.4%的不锈钢仅占钢号总数的一小部分,这是因为
5、在大多数使用条件下,不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。此外,较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求,如易于焊接及冷变形等。碳在不锈钢中具有两重性 第6页,共23页。v铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的最基本元素铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的最基本元素。在氧化性介质中,铬能使钢的表面很快形成一层实际为腐蚀介质不能透过和不溶解的富铬的氧化膜,这层氧化膜很致密,并与金属基本结合得很牢固,保护钢免受外界介质进一步氧化浸蚀;铬还能有效地提高钢的电极电位。当含铬量不低当含铬量不低于于12.5%原子时原子时,可使钢的电极电位发生突变可使钢的电极电位发生突变,由负电位由负电位升到正的电极电位。因而可显著提高钢的耐蚀性。铬升到正
6、的电极电位。因而可显著提高钢的耐蚀性。铬的含量越高,钢的耐蚀性能越好。当含铬量达到的含量越高,钢的耐蚀性能越好。当含铬量达到25%、37.5%原子时,会发生第二次第三次的突变,使钢具原子时,会发生第二次第三次的突变,使钢具有更高的耐腐蚀性能有更高的耐腐蚀性能。铬构成不锈钢的基本元素 第7页,共23页。v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铬作为合金元素以后,促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方面得到说明:铬使铁基固溶体的电极电位提高 铬吸收铁的电子使铁钝化。注:钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与
7、合金钝化的理论很多,主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。铬构成不锈钢的基本元素 第8页,共23页。v镍对不锈钢耐腐蚀的影响,只有它与铬配合时才能镍对不锈钢耐腐蚀的影响,只有它与铬配合时才能充分显示出来充分显示出来。因为,低炭镍钢要获得纯奥氏体组织,含镍量需达24%;要使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变,含镍量需在27%以上。所以,镍不能单独构成不镍不能单独构成不锈钢锈钢18%的钢中加入的钢中加入9%的镍,就能使钢在常温下获的镍,就能使钢在常温下获得单一奥氏体组织,并可以提高钢对非氧化性介质得单一奥氏体组织,并可以提高钢对非氧化性介质(如:稀硫酸、盐酸、磷酸等)的耐蚀性,(如:稀硫酸、盐酸、磷酸
8、等)的耐蚀性,并能改善钢的焊接和冷弯等的工艺性能。镍单独不能构成不锈钢 第9页,共23页。v锰对于奥氏体的作用与镍相似。锰的作用不在于形成奥氏体,而是在于它降低钢的临界淬火速度,在冷却时增加奥氏体的稳定性,抑制奥氏体的分解,使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。在提高钢的耐腐蚀性能方面,锰的作用不大,如钢中的含锰量从0到104%变化,也不使钢在空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变。这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大,形成的氧化膜的防护作用也很低,所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢(40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN等),但它们不能作为不锈钢使用。锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍
9、的二分之一,即2%的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体,并且作用的程度比镍还要大。例如,欲使含18%铬的钢在常温下获得奥氏体组织,以锰和氮代镍的低镍不锈钢与原镍的铬锰氮不锈钢,目前已在工业中获得应用,有的已成功地代替了经典的18-8铬镍不锈钢。锰和氮可代替铬镍不锈钢中镍 第10页,共23页。v不锈钢加热到450800时,常常由于在晶界析出铬的碳化物而使晶界附近的含铬量下降形成贫铬区,导致晶界附近的电极电位下降引起电化学腐蚀。这种腐蚀叫做晶间腐蚀。常见的如在焊缝附近的热影响区内发生的晶间腐蚀。而钛和铌是强碳化物形成元素,它与碳的亲和力比铬大得多,钢中加入钛或铌,就能使钢中的碳首先与钛或铌形成碳化物,而
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