不锈钢的分类.ppt
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1、不锈钢的分类1.不锈钢的定义及历史不锈钢的定义及历史1 1.不锈钢的基本定义不锈钢的基本定义 不锈钢是指能耐空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的具有高度化学稳定性的合金钢的总称,对其含义有以下三种理解:(1)原义型 仅指在无污染的大气环境中能够不生锈的钢。(2)习惯型 指原义型与能耐酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称。(3)广义型 泛指耐蚀钢和耐热钢,统称为不锈钢1.不锈钢的定义及历史不锈钢的定义及历史世界不锈钢业的发展历史大体分为三个阶段世界不锈钢业的发展历史大体分为三个阶段:u第一阶段,从第一阶段,从20世纪初到世纪初到50年代初年代初 以英、美、德等国,逐步开展了对不锈钢的理论研究、产
2、品研制和小规模生产。到1950年,全世界不锈钢总产量仅达到100万吨。这一时期,不锈钢的应用主要 在一些特殊要求抗腐蚀、耐高温的领域u第二阶段,从第二阶段,从20世纪世纪50年代到年代到80年代中期年代中期 以炉外精炼为代表的不锈钢冶炼技术、连铸技术和多辊冷轧机技术相继开发成功 ,促进了世界不锈钢的规模发展。到1990年,全世界不锈钢产量已达到1200多 万吨。这一时期,不锈钢的应用逐步民用化,开始进入寻常百姓家庭u第三阶段,从第三阶段,从20世纪世纪80年代中期至今年代中期至今 不锈钢的消费快速发展,特别是中国和其它亚太地区的国家的经济的快速发展,以及不锈钢大量进入民用领域,带动了世界不锈钢
3、产量的快速增长2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用1.铬在不锈钢中的决定作用铬在不锈钢中的决定作用 决定不锈钢性属的元素只有一种,这就是铬,每种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止,还没有不含铬的不锈钢。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。2.碳在不锈钢中的两重性碳在不锈钢中的两重性 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
4、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。认识了这一影响的规律,我们就可以从不同的使用要求出发,选择不同含碳量的不锈钢。2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用 镍是优良的耐腐蚀材料,也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素,但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织,含镍量要达到24;而只有含镍27时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以镍不能单独构成不锈钢。但是镍与铬同时存在于不锈钢中时,含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。基于上面的情况可知,镍作为合金元素在不
5、锈钢中的作用,在于它使高铬钢的组织发生变化,从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。3.镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的 2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用4.锰对于奥氏体的作用与镍相似锰对于奥氏体的作用与镍相似 说得确切一些,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10%变化,也不使钢在空气与
6、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,但它们不能作为不锈钢使用。5.氮在钢中的作用也是稳定奥氏体氮在钢中的作用也是稳定奥氏体 氮是奥氏体形成元素,作用是镍的30倍左右,但是氮是气体组成,不能直接融入钢中,锰虽然对奥氏体形成作用小,但是它还有个作用,就是能融入一定的氮。200系不锈钢中就是添加了锰来代替镍,形成奥氏体结构,镍的含量越低需要越多的锰和氮来代替。2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用6.其它元素在不锈钢中
7、的作用其它元素在不锈钢中的作用不:锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀钼:和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能硅:是形成铁素体的元素,在一般不锈钢中为常存杂质元素钴:提高硬度,制造刀具,但价格高,应用少硼:当含有0.5%的时,形成奥氏体硼化物两相组织,使焊缝的熔点降低磷:不锈钢中是杂质元素,但在奥氏体不锈钢中的危害不像在一般钢中那样显著硫和硒:在一般不锈钢中是常有杂质元素稀土元素:稀土元素应用于不锈钢,目前主要在于改善工艺性能方面Cr当量:当量:Creq=W(Cr)+W(Mo)+1.5(Si)+0.5W(Nb)+3(Al)+5W(V)Ni当量:当量:Nieq=W(Ni)+30W(C)+0.87(Mn
8、)+KW(N)-0.045+0.33(Cu)Cr当量:当量:是将每一种铁素体化元素按其铁素体化的强烈程度折合成相当的Cr元素的含量,并叠加后的总和。铁素体形成元素有:铁素体形成元素有:Cr、Mo、Si、Nb、Al、V(钒)等Ni当量当量:是将每一种奥氏体化元素按其奥氏体化的强烈程度折合成相当的Ni元素的含量,并叠加后的总和。奥氏体形成元素有:奥氏体形成元素有:Ni、C、Mn、N、Cu等所以:Cr当量与Ni当量关系式分别为2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点不不锈锈钢钢Cr系Cr-
9、Ni系Martensite系410急冷硬化系,KnifeFerrite系430廉价/加工,电器产品Austenite系304耐腐蚀/加工性,广泛应用Duplex 系329J1高强度/高耐腐蚀,发电/石化沉淀硬化 系630 高强度/高耐腐蚀,航空/宇宙1.不锈钢组织分类:不锈钢组织分类:增Cr减Ni0Cr13增C1-3Cr130Cr18Ni900Cr22Ni5Mo3NCr17Ni7Cr17Ni7F型M型增Cr、NiA型减Cr、NiA-M型沉淀硬化型加Mo.Al.TiA-F 型3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点2.奥氏体不锈钢:奥氏体不锈钢:奥氏体不锈
10、钢为面心立方结构的奥氏体组织工业牌号可分为Cr-Ni与Cr-Ni-Mn-N两大类型正常热处理条件下,钢的集体组织为奥氏体,在不恰当热处理或不同 受热状态下,在奥氏体集体中可能存在少量的碳化物及铁素体组织奥氏体不锈钢不能通过热处理的方法改变它的力学性能,只能采用冷 变形的方式进行强化可以通过加入钼、铜、硅等合金元素的方法得到适用于各种是用条件 的不同钢种,如316L、304Cu等无磁性、良好的低温性能、易成形性和科焊接性是这类钢种的重要特 性奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢组织、成分奥氏体组织奥氏体组织Cr:1326%;Ni7.5%低低C 高耐腐蚀性 优良的表面光洁度 易于加工 优良的焊接性能 可以通过
11、冷加工提高强度 无磁性 能够高温处理 含有高塑性,低屈服强度1高耐腐蚀性优良的表面光洁度易于加工优良的焊接性能可以通过冷加工提高强度无磁性能够高温处理含有高塑性,低屈服强度3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点奥氏体不锈钢特性用途3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点奥氏体不锈钢特性与用途3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点奥氏体不锈钢物理性能铁素体不锈钢铁素体不锈钢组织、成分奥氏体组织奥氏体组织Cr:1326%;Ni7.5%低低C 高耐腐蚀性 优良的表面光洁度 易于加工 优良的焊接性能 可以通过冷加工提高
12、强度 无磁性 能够高温处理 含有高塑性,低屈服强度1高耐腐蚀性优良的表面光洁度易于加工优良的焊接性能可以通过冷加工提高强度无磁性能够高温处理含有高塑性,低屈服强度3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点第 1 类(409 或410L 型)。这类钢在所有不锈钢中铬含量最低,因而最便宜,最适合在没有腐蚀或轻微腐蚀及允许有局部轻微生锈的环境下使用。409 型不锈钢起初专门为汽车排气系统消音器(腐蚀不严重的外部)所设计。410L 型不锈钢常用于容器、公共汽车和长途大轿车,用作液晶显示器的外框。第 2 类(430 型)。它是一类使用最广的铁素体不锈钢,含有较高的铬
13、,具有较好的耐蚀性,其多数性能与 304 类似。在某些应用领域,可替代 304 型不锈钢,一般在室内使用具有足够的耐蚀性。典型的用途包括洗衣机滚筒、室内面板等。典型的 430 经常作为 304 替代材料,用于厨房设施、洗碗机、壶和锅等。第 3 类(包括 430Ti、439、441 等)。与第 2 类相比,这类型牌号具有良好的焊接性和成形性。在多数情况下,其性能甚至优于 304。典型用途包括水槽、热交换管(制糖业、能源等)、汽车排气系统(比 409 寿命长)和洗衣机的焊接部位。第 3 类牌号甚至可替代 304 用于性能要求更高的场合。第4 类(包括434、436、444 型等)。这类牌号通过添加
14、钼增加耐蚀性,其典型的应用领域是热水箱、太阳能热水器、汽车排气系统、电加热壶和微波炉部件、汽车装饰条和户外面板等。444 钢的耐蚀性能与 316 相当。第5 类(包括 446、445/447 型等)。这类牌号通过添加更多的铬和含有钼来提高耐蚀性和抗氧化性。这类牌号的耐蚀性和抗氧化性优于 316。典型用途沿海和其它高耐蚀环境。JIS 447 的耐蚀性与金属钛相当3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点铁素体不锈钢特性及用途 3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点钢种别物理性能对比3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点铁素体不锈钢物理性能3.不锈钢的分类
15、及特点不锈钢的分类及特点双相不锈钢双相不锈钢组织、成分双相组织双相组织Cr:1828%;Ni310%低低C 身兼奥氏体与铁素体的特点 优良的耐腐蚀性 优良的焊接性能与成型性能 具有很高的屈服强度与抗拉强度 保持有铁素体的475脆性 导热系数高4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能1.腐蚀定义:金属在周围介质(最常见的是液体和气体)的作用下,由于化学变化,电化学变化或物理溶解而产生的破坏。2.合金耐蚀性判断:标准电极电位大小(表面)。3.热力学条件:过程(G)x、p0。4.动力学条件:电极过程(3个主要步骤)、电极极化、去极化、电解质5.腐蚀不可避免,可以缓解。金属腐蚀一般介绍金属腐蚀一般介绍
16、4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能电化学腐蚀动力学电化学腐蚀动力学1.电极极化:阳极极化:通过电流时阳极电位向正的方向移动。阴极极化:通过电流时阴极电位向负的方向移动。去极化过程:消除或减弱阳极和阴极极化作用的电极过程。2.极化原因及类型:电极过程:液相传质步骤、电子转移步骤或电化学步骤、液相传质步骤或生成新相步骤。最慢步骤的速度决定整个电极反应速度,称为控制步骤。3.电化学极化、浓差极化不锈钢耐蚀原因不锈钢耐蚀原因u塔曼定理:对固溶体而言,将电极电位较高溶质加入到电极电位较低的溶剂金属,若原子百分比达到n/8(n=1,2,),固溶体的电极电位 会急剧变化,耐蚀性将有明显变化。u不锈钢表
17、面:致密、稳定、完整、再生、与基体结合牢固氧化膜Cr2O34.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不不 锈锈 钢钢 典典 型型 腐腐 蚀蚀1.均匀腐蚀 2.电偶腐蚀 3.晶间腐蚀 4.点蚀 5.应力腐蚀4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能均匀腐蚀均匀腐蚀定义:材料整个表面发生腐蚀。特征:可见、对不锈钢而言危害性最小。影响因素1.材料所在环境及其变化(氧化性介质、强氧化性介质、介质的选择性)2.金属表面的电极电位。3.介质溶液的浓度、温度等。4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能电偶腐蚀电偶腐蚀定义:异种金属在同一介质中接触,由于腐蚀电位不相等有电偶电流 流动,使电位较低的金属溶解速度增加
18、,造成接触处的局部腐 蚀,而电位较高的金属,溶解速度反而减小,这就是电偶腐蚀。原理:腐蚀电位较低的金属由于和腐蚀电位较高的金属接触而产生阳极 极化,其结果是溶解速度增加,而电位较高的金属,由于和电位 较低的金属接触而产生阴极极化,结果是溶解速度下降,即受到 了阴极保护。影响因素:1.材料表面条件不同(划伤、摩擦痕、焊接)。2.一般情况下,随着阴极对阳极面积的比值(即SK/Sa)的增加,作为阳极体的金属腐蚀速度也增加。3.介质电导率:对于海水等电导率高的介质,电偶电流可分散到 离接触点较远的阳极表面上,阳极所受腐蚀较为“均匀”。但如果 在软水或普通大气等电导率较低的介质中,腐蚀会集中在离接 触点
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