不锈耐酸钢发表评论(0)编辑词条

铬含量大于12％，具有不锈性和耐酸腐蚀性的铁基合金。通常对在大气、水蒸气和淡水等腐蚀性较弱的环境中不锈和耐腐蚀的钢种称不锈钢；在酸、碱、盐等浸蚀性强烈的介质中耐腐蚀的钢种称耐酸钢。二者合金成分上的差异，导致了耐蚀性的不同，前者合金化程度低一般不耐酸，后者合金化程度高既具有不锈性又具有耐酸性。习惯上将不锈耐酸钢简称为不锈钢。
简史   20世纪初，冶金学家基于对铬在钢中作用的深入认识，发明了不锈钢，结束了钢必然生锈的时代，这是冶金学发展史上的一项重大成就。不锈钢的发现和发展几乎是在欧洲几个国家同时进行的。1904～1906年法国人吉耶(W．Guilet)在法国首先对铁一铬一镍合金的冶金和力学性能进行了开创性的基础研究；1909～1911年波特万(A．Portevin)在法国，1907～1909年吉森(W．Gissen)在英国发现了铁一铬和铁一铬一镍合金的耐蚀性并完成了吉耶的研究工作；1908～1911年蒙纳尔茨(P．Monnartz)在德国揭示了钢的耐蚀性原理并提出钝化的概念，包括临界铬含量、碳的作用和钼的影响等。随后在欧洲和美国确认了它的工业实用价值，工业不锈钢相继问世。1912～1913年，布里尔利(H．Brearley)在英国发明了含12％～13％铬的马氏体不锈钢并获专利；1911～1914年丹齐增(C．Dant—sizen)在美国发明了含14％～16％铬，0．07％～O．15％碳的铁素体不锈钢；毛雷尔(E．Maurer)和施特劳斯(B．Strauss)在德国发明了含碳小于1％，含镍小于20％并含有15％～20％铬的奥氏体不锈钢，在此基础上又发展了著名的18—8型不锈钢。为解决高碳奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题，于20世纪30年代初，在18—8不锈钢的基础上发展了钛、铌稳定化型不锈钢。同期还发明了铁素体一奥氏体双相不锈钢，为克服不锈钢的晶间腐蚀，提出了将钢中的碳降低到小于0.03％的超低碳的技术概念。40～50年代，奥氏体、马氏体和半奥氏体沉积硬化不锈钢问世，为了节约镍资源，以锰代镍的铬一锰一镍一氮奥氏体不锈钢也在这一时期得以发展，即美国的200系。第二次世界大战后，由于化肥工业和核燃料工业的发展，极大地刺激了不锈钢的研究和发展，由于氧气炼钢的出现，于1947年超低碳类型不锈钢开始商品化。50年代中期开发了耐蚀性优良的高性能不锈钢如高钼不锈钢等。60年代后期，马氏体时效不锈钢、相变诱导塑性钢(TRIP钢)和碳加氮总量低于150×10-6的高纯铁素体不锈钢相继出现。近20年来，由于各种局部腐蚀破坏事故不断出现，加之化学加工工业不断采用新型催化剂和新工艺，为适应这一发展，在原有不锈钢的基础上，开发了耐应力腐蚀破裂、耐点蚀、耐腐蚀疲劳、耐非敏化态晶间腐蚀的专用不锈钢，形成了完整的不锈钢钢种系列。
合金元素的作用   不锈钢中的主要合金元素有铬、镍、钼、铜等。
(1)铬。铬是铁素体形成元素，足够的铬含量可使v相区封闭。铬是使钢不锈最有工业价值的元素。当钢中铬含量达12％时，钢在氧化性介质中和各种大气环境中的耐蚀性产生突变性的上升，此时钢的表面形成一层极薄而致密的铬的氧化膜，阻止金属被进一步腐蚀。图1是铬含量对铁一铬合金耐蚀性的影响，图中阴影区是在热硝酸中所测得的随钢中铬含量升高而腐蚀率下降的状况。阴影区的宽度变化是由于介质的浓度和温度的差别所致。虚线是1200℃的抗氧化数据曲线。图2为铬对铁一铬合金在大气中耐蚀性的影响，当含铬量大于12％时，钢的耐蚀产生突变，在湿态腐蚀环境中钢的耐蚀性也随铬的升高而提高，只是产生耐蚀性突然上升的铬含量提高到18％左右。
(2)镍。镍是不锈钢中的第二个重要合金元素，足够量的镍可使铁一铬合金形成单一奥氏体组织而构成奥氏体不锈钢，赋予钢良好的加工性能，缺口韧性、高温和低温性能。

(3)钼。钼可以显著提高不锈钢的耐还原性介质腐蚀和耐点腐蚀的能力，钼提高不锈钢耐点蚀的效果是铬的3．3倍。
除上述元素外，不锈钢中还含有其他元素，有些是为提高某种性能加入的，有些则是残留的杂质。

分类  不锈钢种类繁多，特性备异，但按其组织可分为5大类：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢、马氏体不锈钢和高强度不锈钢。其中高强度不锈钢又可分为沉淀硬化不锈钢、冷作硬化奥氏体不锈钢和马氏体时效不锈钢等。
奥氏体不锈钢  奥氏体不锈钢的组织为单一的面心立方结构。钢的成分特点是含有足够高的铬含量以保证钢的耐蚀性，并和镍或其他奥氏体形成元素一起使钢在室温或更低的温度下保证钢具有稳定的奥氏体组织。此类钢包括著名的18—8钢和在此基础上增加铬、镍含量并加入钼、硅、铜、铌、钛等元素发展起来的不bu高铬一镍系钢以及用锰、氮代镍的铬-锰-镍-氮和铬-锰-氮系不锈钢。奥氏体铬镍不锈钢是应用最广泛的一类不锈钢，在原18-8钢基础上发展成具有独特性能的各种专用不锈钢，如抗晶间腐蚀的超低碳(碳≤O.03％)和加铌、钛稳定化型的奥氏体不锈钢；低磷、硅的尿素级不锈钢；耐强氧化性浓硝酸和高温浓硫酸腐蚀的高硅不锈钢；耐点蚀的高钼不锈钢；耐晶间腐蚀并具有较高强度的控氮不锈钢；含铜的深冲不锈钢以及加硫、钙、硒、碲的易切削不锈钢等。铬-锰-镍-氮和铬-锰-氮系奥氏体不锈钢较铬一镍系奥氏体不锈钢具有价格便宜、屈服强度稍高的优点，在一定条件下可代替铬一镍系不锈钢，但工艺性能差。奥氏体组织的不锈钢具有无磁性、高韧性和塑性、良好的低温性能高温性能和成型性能，但室温强度较低，它是一种无相变的钢，不能通过热处理的方式，仅能通过冷加工使之强化。
铁素体不锈钢  这类钢的组织为体心立方结构，在室温和居里温度以下具有磁性。钢中的主要合金元素是铬，最高铬含量可达30％，含少量的碳，一般碳≤O．25％，为了提高某些性能，有些钢种还含有钼、钛等元素，如1Crl7、1Cr25、OCrl8Mo2Ti、00Cr30Mo2等。由于此类钢是单相铁素体组织，没有相变，因此不能通过热处理进行强化。单一体心立方结构的铁素体不锈钢热导率较高而体胀系数较小。钢的抗氧化能力强，钢的耐蚀性随铬含量增加而提高，多应用于制造耐大气、水蒸气、水和氧化性酸和有机酸腐蚀的部件或耐热部件。它的耐氯化物应力腐蚀破裂性能优于一般铬一镍系奥氏体不锈钢，但对晶间腐蚀敏感。
钢中的铬含量≥15％，铁素体不锈钢韧性一脆性转变温度将会上升到室温以上，在900℃以上加热因晶粒长大而导致脆性。在550～750℃和475℃长期停留会出现。相脆性和475℃脆性。如果钢中的碳、氮总量低于150×10-6的高纯铁素体不锈钢，基本上不出现室温脆性，如高纯Crl8Mo2、Cr26Mo1。作为焊接部件，在焊接时应采取防止增碳、氮措施才能获得满意的性能，此外在应用时对截面尺寸应有所限制。
双相不锈钢  钢的组织为奥氏体和铁素体混合组织，它兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特性。与铁素体不锈钢相比较，双相不锈钢塑、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能显著提高，然而它仍保留有铁素体不锈钢的475‘C脆性和a相脆性。与奥氏体不锈钢相比，其强度明显提高而且耐晶问腐蚀和应力腐蚀性能也明显得以提高。目前大量生产的双相不锈钢含碳量较低，含铬量在18％～28％，含镍量在3％～10％，按其铬含量的不同可分为Crl8系、Cr22系和Cr25系，为提高性能有些牌号还含有钼、铜、钨、硅、钛、铌、氮。含钼、氮等合金元素的双相不锈钢具有优良的耐点蚀性能。双相不锈钢是一种耐蚀性和力学性能均好的钢类，其含镍量较低，是一类节镍不锈钢。主要用于化工、石油、核工业中作为耐应力腐蚀，腐蚀疲劳的介质环境中作为结构材料使用，如各种换热器、泵、阀门等。
马氏体不锈钢  按钢的化学成分差异可区分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢两类。
(1)马氏体铬不锈钢。钢中除含铬外还有一定量的碳，铬含量决定钢的耐蚀性，碳含量决定钢可硬化性和强度。碳含量越高则强度、硬度和耐磨性亦越高。根据其碳含量可将钢区分成低碳类型和高碳类型两种。低碳类型的碳含量小于0.15％，与此相关的铬含量不能太高，一般在13％左右，否则将形成单一的铁素体组织使钢失去可淬性。高碳类型的最高含碳量可达1.2％，随之可将钢中的铬量上调至18％，使钢具有足够的耐蚀性，高碳马氏体铬钢在回火状态下，铬的碳化物数量将明显增加，引起临近区域铬的贫化有损于耐蚀性。典型钢号有2Cr13、4Cr13、9Cr18等，主要用于制造对强度、硬度要求高，而对耐腐蚀要求不苛刻的工具、刀具、轴类等，9Cr18是典型的不锈耐酸轴承材料。
(2)马氏体铬镍不锈钢。在马氏体铬不锈钢的基础上加入少量的镍而形成马氏体铬镍不锈钢，钢中的镍含量通常小于4％，碳量较低(<O.2％)，如Cr13Ni4Mo和Cr17Ni2。镍的加入提高了钢的淬透性、韧性和耐蚀性，尤其是焊接性能明显优于马氏体铬不锈钢。主要用于轴类，大型耐磨部件及转动部件等。
高强度不锈钢  按钢的组织特点可区分为马氏体沉淀硬化不锈钢(以0Cr17Ni4Cu4Nb为代表)、半奥氏体沉淀硬化不锈钢(以OCr17Ni7Al和OCrl5Ni7Mo2A1为代表)、奥氏体沉淀硬化不锈钢(以OCr15Ni25Ti2MoVB为代表)以及马氏体时效不锈钢和铁素体时效不锈钢等。此类钢可借助于热处理工艺对其性能进行调整。半奥氏体和马氏体沉淀硬化不锈钢通过马氏体相变和沉淀硬化处理达到强化的目的，而奥氏体沉淀硬化不锈钢主要强化手段是沉淀硬化。沉淀硬化的弥散强化相为Ni3Al、Ni3Ti、Ni3Mo、Fe2Mo等。马氏体时效不锈钢是在马氏体时效钢的基础上加入足够的铬而发展起来的，一般含铬量高于10％，既保持马氏体时效钢的良好综合力学性能。又具有足够的耐蚀性，钢的成分特点是含碳量低于O.03％，铬含量为10％～15％，镍含量为6％～11％(或含钴10％～20％)，并含有钼、铜、钛等强化元素。铁素体时效不锈钢是在铁素体基体上进行时效强化而新发展起来的高强不锈钢。上述5种类型均属高强不锈钢，强度较高可达1200～1800MPa，并且具有良好的韧性。此类钢主要应用于既要求高的强度又要求具有一定耐蚀性的结构部件，如宇航工业的飞机蒙皮，弹簧、轴类以及仪表部件等。
生产工艺  主要工艺包括：冶炼，铸造，冷、热加工，焊接和热处理等。
(1)冶炼。电炉加炉外精炼是不锈钢生产的主导工艺，20世纪80年代以来，70％的不锈钢是采用这种二步工艺冶炼的。炉外精炼炉型主要是AOD(氩氧精炼炉)和VOD(真空吹氧脱碳炉)。对于要求严格控制化学成分的沉淀硬化型不锈钢，通常采用AOD精炼后再经真空或电渣精炼，以确保钢的性能，对于应用于宇航工业的材料常常采用真空感应炉冶炼或双真空冶炼。今后发展趋势是电炉-转炉-VOD三步炼钢法。
(2)铸造。连续铸造、压力浇注、常规模铸锭是不锈钢常用的铸造方法。当前不锈钢的连续铸造是应用最广泛的方法，不锈钢的连铸比已达85％，对于不适用于连铸的钢种仍采用模铸的方法。
(3)冷、热加工。多数不锈钢具有良好的热加工塑性，但由于不锈钢合金化程度较高，与碳钢比较导热性较差，因此加热速度应比较缓慢，保温时间应适当延长，对于高镍奥氏体不锈钢，加热气氛中的硫含量应予以限制。铁素体不锈钢晶粒易于长大，加热温度应偏低，终加工温度应控制在800℃以下，并保证在较低温度下具有足够变形量以保证钢的最终性能。马氏体不锈钢热加工后应采取缓冷措施，防止产生裂纹。此类钢具有较高的高温强度，因此要求更大的轧制和锻造压力，而且每一道次的压下量不能过大。奥氏体、低碳马氏体和半奥氏体不锈钢以及双相不锈钢易于冷加工，但由于加工硬化，常常需要多次中间退火。中间退火温度与钢种的固溶处理温度相同，视钢种类型大约在1050～1100℃范围内变动。
(4)焊接。不锈钢的焊接性是重要工艺性能指标。适用于不锈钢的焊接方法很多，包括手工电弧焊，惰性气体保护焊等。不管哪种焊接方法，关键的工艺措施是避免焙化的金属与外界环境介质起反应。为了避免焊接热裂纹，马氏体不锈钢应防止吸氢，铁素体不锈钢应防止马氏体形成，对于奥氏体不锈钢应含有一定数量的铁素体是应采用的技术措施。为保证焊后的各种性能接近母材性能，必须严格按钢种选择相匹配的焊接材料和焊接工艺。
(5)热处理。铁素体不锈钢热处理温度的选择要避开脆性区，不宜在高温进行，一般选用780～870℃。冷却方式为快速冷却，水冷或风冷，视钢材的截面尺寸而定，以防止冷却过程中析出碳化物。奥氏体不锈钢的热处理主要是使钢的耐蚀性以及力学性能达到最佳配合，核心是使钢中的碳化物在高温完全溶解于奥氏体中，在冷却过程中防止有害的铬碳化物析出，通常采用高温固溶(1050～1150℃)，然后快速冷却(水冷)以防止有害的铬碳化物和中间相的析出，此即所谓的固溶处理。对于含钛或铌的稳定化型奥氏体不锈钢，可加热到800～900℃保温一定时间，使钢中的碳足以形成铌或钛的碳化物，以防止随后焊接热循环或450～850℃加热过程中铬碳化物的析出而引起的晶间腐蚀，此种热处理方式称稳定化处理。
双相不锈钢的组织为奥氏体一铁素体，一般采用奥氏体钢的热处理方法即固溶处理方法，为了得到合适的两相比例和防止a相的形成，热处理温度和冷却速度要严格控制。
马氏体不锈钢的冶金产品的热处理方法为退火处理。通常退火温度在临界点以上30～50℃，大约为850～900℃。为防止奥氏体转变为马氏体应缓慢冷却，经退火的钢硬度较低，为随后的机械加工提供方便，此外亦可采用等温退火的方式可达到同样效果。马氏体不锈钢零、部件，一般采用淬火并回火的方法进行处理。奥氏体化温度通常在1000℃左右。由于钢的淬透性随钢中的碳含量增加而提高，冷却多用油冷或空冷，视产品截面尺寸而定。回火处理分为低温和高温回火两种。低温回火温度为150～370℃，主要目的是消除内应力，高温回火温度为450～560℃，除保证良好耐蚀性外，应使其具有优良的综合力学性能。
马氏体沉淀硬化不锈钢，一般先进行固溶处理，获得过饱和固溶体，冷却后具有马氏体组织，然后再进行沉淀硬化处理，利用时效作用产生细小而弥散的沉淀相，取得进一步强化的效果。半奥氏体(或称半马氏体)沉淀硬化不锈钢的热处理工艺较为复杂，首先进行高固溶处理，然后进行中间处理和最终的较低温度沉淀时效硬化处理，必要时还需实施冷处理。