(金屬材料)
不銹鋼(Stainless Steel)是不銹耐酸鋼的簡稱,耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼;而將耐化學腐蝕介質(酸、堿、鹽等化學浸蝕)腐蝕的鋼種稱為耐酸鋼。由於兩者在化學成分上的差異而使他們的耐蝕性不同,普通不銹鋼壹般不耐化學介質腐蝕,而耐酸鋼則壹般均具有不銹性。
歷史起源
不銹鋼的發明和使用,要追溯到第壹次世界大戰時期。英國科學家亨利·布雷爾利受英國政府軍部兵工廠委托,研究武器的改進工作。那時,士兵用的步槍槍膛極易磨損,布雷爾利想發明壹種不易磨損的合金鋼。
布雷爾利發明的不銹鋼於1916年取得英國專利權並開始大量生產,至此,從垃圾堆中偶然發現的不銹鋼便風靡全球,亨利·布雷爾利也被譽為“不銹鋼之父”。第壹次世界大戰時,英國在戰場上的槍支,總是因槍膛磨損不能使用而運回後方。軍工生產部門命令研制高強度耐磨合金鋼的布雷爾利,專門研究解決槍膛的磨損問題。布雷爾利和其助手搜集了國內外生產的各種型號的鋼材,各種不同性質的合金鋼,在各種不同性質的機械上進行性能實驗,然後選擇出較為適用的鋼材制成槍枝。壹天,他們實驗了壹種含大量鉻的國產合金鋼,經耐磨實驗後,查明這種合金並不耐磨,說明這不能制造槍支,於是,他們記錄下實驗結果,往墻角壹扔了事。幾個月後的壹天,壹位助手拿著壹塊鋥光瓦亮的鋼材興沖沖跑來對布雷爾利說:“先生,這是我在清理倉庫時發現的毛拉先生送來的合金鋼,您是否實驗壹下,看它到底有什麽特殊作用!”“好!”布雷爾利看著光亮耀眼的鋼材,高興地說。
實驗結果證明:它是壹塊不怕酸、堿、鹽的不銹鋼。這種不銹鋼是德國的毛拉在1912年發明的,然而,毛拉卻並不知道這種不銹鋼有什麽用途。
布雷爾利心裏盤算道:“這種不耐磨卻耐腐蝕的鋼材,不能制槍枝,是否可以做餐具呢?”他說幹就幹,動手制作了不銹鋼的水果刀、叉、勺、果盤及折疊刀等。
主要類型
“不銹鋼”壹詞不僅僅是單純指壹種不銹鋼,而是表示壹百多種工業不銹鋼,所開發的每種不銹鋼都在其特定的應用領域具有良好的性能。成功的關鍵首先是要弄清用途,然後再確定正確的鋼種。和建築構造應用領域有關的鋼種通常只有六種。它們都含有17~22%的鉻,較好的鋼種還含有鎳。添加鉬可進壹步改善大氣腐蝕性,特別是耐含氯化物大氣的腐蝕。
不銹鋼常按組織狀態分為:馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、奧氏體-鐵素體(雙相)不銹鋼及沈澱硬化不銹鋼等。另外,可按成分分為:鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳氮不銹鋼等。
不銹鋼
鐵素體不銹鋼
含鉻15%~30%。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高,耐氯化物應力腐蝕性能優於其他種類不銹鋼,屬於這壹類的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25,Cr25Mo3Ti、Cr28等。鐵素體不銹鋼因為含鉻量高,耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好,但機械性能與工藝性能較差,多用於受力不大的耐酸結構及作抗氧化鋼使用。這類鋼能抵抗大氣、硝酸及鹽水溶液的腐蝕,並具有高溫抗氧化性能好、熱膨脹系數小等特點,用於硝酸及食品工廠設備,也可制作在高溫下工作的零件,如燃氣輪機零件等。
奧氏體不銹鋼
含鉻大於18%,還含有 8%左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。綜合性能好,可耐多種介質腐蝕。奧氏體不銹鋼的常用牌號有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9鋼的Wc<0.08%,鋼號中標記為“0”。這類鋼中含有大量的Ni和Cr,使鋼在室溫下呈奧氏體狀態。這類鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性、耐蝕性能和無磁或弱磁性,在氧化性和還原性介質中耐蝕性均較好,用來制作耐酸設備,如耐蝕容器及設備襯裏、輸送管道、耐硝酸的設備零件等,另外還可用作不銹鋼鐘表飾品的主體材料。奧氏體不銹鋼壹般采用固溶處理,即將鋼加熱至1050~1150℃,然後水冷或風冷,以獲得單相奧氏體組織。
奧氏體 - 鐵素體雙相不銹鋼
兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優點,並具有超塑性。奧氏體和鐵素體組織
各約占壹半的不銹鋼。在含C較低的情況下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點,與鐵素體相比,塑性、韌性更高,無室溫脆性,耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高,同時還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導熱系數高,具有超塑性等特點。與奧氏體不銹鋼相比,強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優良的耐孔蝕性能,也是壹種節鎳不銹鋼。
沈澱硬化不銹鋼
基體為奧氏體或馬氏體組織,沈澱硬化不銹鋼的常用牌號有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通過沈澱硬化(又稱時效硬化)處理使其硬(強)化的不銹鋼。
不銹鋼消毒櫃
馬氏體不銹鋼
強度高,但塑性和可焊性較差。馬氏體不銹鋼的常用牌號有1Cr13、3Cr13等,因含碳較高,故具有較高的強度、硬度和耐磨性,但耐蝕性稍差,用於力學性能要求較高、耐蝕性能要求壹般的壹些零件上,如彈簧、汽輪機葉片、水壓機閥等。這類鋼是在淬火、回火處理後使用的。鍛造、沖壓後需退火。
主要特性
焊接性
產品用途的不同對焊接性能的要求也各不相同。壹類餐具對焊接性能壹般不做要求,甚至包括部分鍋類企業。但是絕大多數產品都需要原料焊接性能好,像二類餐具、保溫杯、鋼管、熱水器、飲水機等。
不銹鋼雕塑
耐腐蝕性
絕大多數不銹鋼制品要求耐腐蝕性能好,像壹、二類餐具、廚具、熱水器、飲水機等,有些國外商人對產品還做耐腐蝕性能試驗:用NACL水溶液加溫到沸騰,壹段時間後倒掉溶液,洗凈烘幹,稱重量損失,來確定受腐蝕程度(註意:產品拋光時,因砂布或砂紙中含有Fe的成分,會導致測試時表面出現銹斑)
拋光性能
當今社會不銹鋼制品在生產時壹般都經過拋光這壹工序,只有少數制品如熱水器、飲水機內膽等不需要拋光。因此這就要求原料的拋光性能很好。影響拋光性能的因素主要有以下幾點:
①原料表面缺陷。如劃傷、麻點、過酸洗等。
②原料材質問題。硬度太低,拋光時就不易拋亮(BQ性不好),而且硬度太低,在深拉伸時表面易出現桔皮現象,從而影響BQ性。硬度高的BQ性相對就好。
③經過深拉伸的制品,變形量極大的區域表面也會出小的黑點和RIDGING,從而影響BQ性。
耐熱性能
耐熱性能是指高溫下不銹鋼仍能保持其優良的物理機械性能。
碳的影響:碳在奧氏體不銹鋼中是強烈形成並穩。定奧氏體且擴大奧氏體區的元素。碳形成奧氏體的能力約為鎳的30倍,碳是壹種間隙元素,通過固溶強化可顯著提高奧氏體不銹鋼的強度。碳還可提高奧氏體不銹鋼在高濃氯化物(如42%MgCl2沸騰溶液)中的耐應力耐腐蝕的性能。
但是,在奧氏體不銹鋼中,碳常常被視為有害元素,這主要是由於在不銹鋼的耐蝕用途中的壹些條件下(比如焊接或經450~850℃加熱),碳可與鋼中的鉻形成高鉻的Cr23C6型碳化合物從而導致局部鉻的貧化,使鋼的耐蝕性特別是耐晶間腐蝕性能下降。因此。60年代以來新發展的鉻鎳奧氏體不銹鋼大都是碳含量小於0.03%或0.02%超低碳型的,可以知道隨著碳含量降低,鋼的晶間腐蝕敏感性降低,當碳含量低於0.02%才具有最明顯的效果,壹些實驗珠光還指出,碳還會增大鉻奧氏體不銹鋼的點腐蝕分傾向。由於碳的有害作用,不僅在奧氏體不銹鋼冶煉過和中應按要求控制盡量低的碳含量,而且在隨後的熱,冷加工和熱處理等過程中也在防止不銹鋼表面增碳,且免鉻的碳化物析出。
耐腐蝕性
當鋼中鉻量原子數量不低於12.5%時,可使鋼的電極電位發生突變,由負電位升到正的電極電位。阻止電化學腐蝕。