不銹鋼的基礎(chǔ)知識王文華

不銹鋼的基礎(chǔ)知識鑫眾鋼鐵營銷人員入職培訓(xùn)資料王文華2012年12月1

一、不銹鋼發(fā)展史

1797年，法國的沃克蘭發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素鉻。從紅鉛礦和鹽酸反應(yīng)的產(chǎn)物里提出Cr2O3，用木炭加熱得到金屬Cr。1911年德國人蒙娜爾茨(P.Monnartz)揭示了鋼的耐蝕性原理并提出了鈍化的概念。1913年，英國人布里爾利（H.Brearly）發(fā)明了含12-13%Cr的馬氏體不銹鋼并獲得專利。1914年，美國人Dantsizen發(fā)明了含16%Cr,0.10%C的鐵素體不銹鋼；1914年，德國人毛雷爾(E.Maurer)和施特勞斯(B.Strauss)發(fā)明了0.1%C,15-20%Cr,<20%Ni的奧氏體不銹鋼，并于1929年取得了低碳18-8(Cr—18%,Ni—8%)的專利權(quán)；1931年，在法國的Uniex實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了奧氏體不銹鋼中含有鐵素體時(shí)，鋼的晶間腐蝕性能有明顯改善，從而開發(fā)了雙相不銹鋼。21952年以后我國開始生產(chǎn)加工不銹鋼，用于餐具，鋼筆和手表，并從蘇聯(lián)進(jìn)口不銹鋼材,在軍工和重點(diǎn)項(xiàng)目上使用。1956年仿制了1Cr18Mn8Ni5N(AISI204),在此基礎(chǔ)上，先后開發(fā)了1Crl8Mn8Ni5Mo3N、0Cr18Mn14N和1Cr25Mn5N等。60年代初開始生產(chǎn)0Cr21Ni5Ti，0Cr21Ni5Mo2Ti雙相不銹鋼并研制沉淀硬化型不銹鋼。在電弧爐中首次冶煉成功超低碳奧氏體不銹鋼。70年代初期，我國開始仿制18-5型雙相不銹鋼00Crl8Ni5Mo3Si2。80年代初，我國研制的AOD和引進(jìn)的VOD精煉不銹鋼裝備開始投入使用。90年代初期我國不銹鋼鋼錠最高年產(chǎn)量達(dá)到34萬t，產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量有了很大提高。

二、我國不銹鋼發(fā)展史3二、我國不銹鋼發(fā)展史90年代以后，不銹鋼消費(fèi)量直線上升，從2001年表觀消費(fèi)量超過美國達(dá)到225萬噸，成為世界第一不銹鋼消費(fèi)大國。2008年我國不銹鋼表觀消費(fèi)量624萬噸。2008年我國不銹鋼粗鋼生產(chǎn)量694.3萬噸。2008年我國不銹鋼進(jìn)口量121.25萬噸。2008年我國不銹鋼出口量105.66萬噸。4

三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介不銹鋼是不銹鋼和耐酸鋼的總稱。在冶金學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域中，依據(jù)鋼的主要性能特征，將含鉻量大于11.7%，且以耐蝕性和不銹性為主要使用性能的一系列鐵基合金稱為不銹鋼。不銹鋼是指在大氣中不容易生銹的鋼。不銹鋼指在特定條件下在酸、堿、鹽中耐蝕的鋼。

不銹鋼鋼=Fe-C,%C小于2%

不生銹=不氧化

鉻氧化膜保護(hù)鋼的機(jī)體膜厚度1to10nm5三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介Cr對不銹鋼的耐腐蝕性的影響6三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介[Cr][Ni]當(dāng)量的概念奧氏體形成元素：C、Ni、Mn、Cu、N等鐵素體形成元素：Cr、Si、Ti、Nb、Mo等[Cr]當(dāng)量和[Ni]當(dāng)量：[Cr]=Cr+Mo+1.5Si+1.5Ti+0.5Nb[Ni]=Ni+30(C+N)+0.5Mn+0.3Cu

大體上來說，通過某一鋼號[Cr][Ni]當(dāng)量的值就能預(yù)測最終成品的組織和性能。7三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介不銹鋼的類別8三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼在高溫?zé)彳垹顟B(tài)為奧氏體組織，在隨后的冷卻過程中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。馬氏體不銹鋼具有高的強(qiáng)度和硬度，有磁性，通過熱處理可以調(diào)整鋼的力學(xué)性能。馬氏體不銹鋼的Cr含量一般在12~18%9三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼從高溫到室溫均為體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體組織，因此不能采用熱處理方法改變其組織結(jié)構(gòu)，也就是不能用熱處理方式進(jìn)行強(qiáng)化。鐵素體不銹鋼有磁性，易于成型，有良好的在耐蝕性。鐵素體不銹鋼的Cr含量一般在12~30%。10三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介交通運(yùn)輸用不銹鋼11三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼從高溫到室溫均為面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體組織。在正常熱處理?xiàng)l件下，鋼的基體組織為奧氏體，以及少量的碳化物、δ相和α相等第二相。此類鋼不能通過熱處理方法改變它的力學(xué)性能，只能采用冷變形的方式進(jìn)行強(qiáng)化。奧氏體不銹鋼無磁性，有良好的低溫性能和成型性。不銹鋼工業(yè)板12三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介雙相不銹鋼雙相不銹鋼有奧氏體+鐵素體、馬氏體+鐵素體等，常用的雙相鋼是指由奧氏體+鐵素體兩相組成的組織。兩相之間的比例可以通過改變合金成分或熱處理制度來調(diào)整。此類鋼屈服強(qiáng)度高、耐點(diǎn)蝕、耐應(yīng)力腐蝕，易于成型和焊接。沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼按其組織可分成馬氏體沉淀硬化不銹鋼（如0Crl7Ni4Cu4Nb），半奧氏體沉淀硬化不銹鋼（如OCrl7Ni7Al）和奧氏體沉淀硬化不銹鋼。Ni3Al,Ni3Cu的金屬間化合物(沉淀硬化)13三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介14三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介不銹鋼的腐蝕1、不銹鋼耐腐蝕性的含義及原理不銹鋼是一種較耐腐蝕的鋼，但不是絕對不生銹的鋼，到目前為止沒有發(fā)明在任何條件下均不腐蝕的鋼，因此具體的鋼種是適應(yīng)在一定的的使用環(huán)境中使用。不銹鋼的耐腐蝕原理為：在鋼的表面鉻與氧結(jié)合生成Cr2O3鈍化膜，這種鈍化膜結(jié)構(gòu)致密、穩(wěn)定，厚度1—6nm。是金屬基體的保護(hù)膜，并且隨著鋼中鉻含量的增加，鈍化膜的厚度和強(qiáng)度也會相應(yīng)增加。因此，在大氣、水等弱介質(zhì)中和硝酸等氧化性介質(zhì)中，鋼的耐腐蝕性隨著其中鉻含量的提高而加強(qiáng)。當(dāng)鉻含量≥12%時(shí)，鋼的耐蝕性發(fā)生突變，即從易生銹到不易生銹，從不耐蝕到耐腐蝕。所以通常稱不銹鋼是鉻含量為12%以上的鐵基合金。15三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介不銹鋼耐腐蝕性的分類16三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介不銹鋼材料的基本性能1．屈服強(qiáng)度（力學(xué)符號σ0.2，英文縮寫YS）σ0.2=P0.2/F0P0.2—拉伸試樣塑性變形量為0.2%時(shí)承受的載荷F0—拉伸試樣的原始截面積材料的屈服強(qiáng)度小，表示材料容易屈服，成形后回彈小，貼模性和定形性好。2．抗拉強(qiáng)度（力學(xué)符號σb，英文縮寫TS）σb=Pb/F0Pb—拉伸試樣斷裂前承受的最大載荷F0—拉伸試樣的原始截面積材料的抗拉強(qiáng)度大，材料變形過程中不容易被拉斷，利于塑性變形17三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介3．屈強(qiáng)比（σ0.2/σb）屈強(qiáng)比對材料沖壓成形性能影響很大，屈強(qiáng)比小，材料由屈服到破裂的塑性變形階段長，成形過程中發(fā)生斷裂的危險(xiǎn)性小，有利于沖壓成形。一般來講，較小的屈強(qiáng)比對材料在各種成形工藝中的抗破裂性都有利。

常見不銹鋼材料的屈強(qiáng)比

18三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介延伸率（力學(xué)符號,英文縮寫EL）延伸率是材料從發(fā)生塑性變形到斷裂的總的伸長長度與原有長度的比值，即：δ=（L-L0）/L*100%式中δ—

材料的延伸率（%）

L—

試樣被拉斷時(shí)的長度（mm）

L0—

拉伸前試樣的長度（mm）材料的延伸率大，就是材料允許的塑性變形程度大，抗破裂性好，對拉深、翻邊、脹形各類變形都有利。一般來說，材料的翻邊系數(shù)和脹形性能（埃里克森值）都與延伸率成正比關(guān)系。

19三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介5．應(yīng)變硬化指數(shù)（n）應(yīng)變硬化指數(shù)就是通常所說的n值，表示材料冷作硬化現(xiàn)象的一個指標(biāo)，可以反映材料的沖壓成形性能。應(yīng)變硬化指數(shù)大，顯示材料的局部應(yīng)變能力強(qiáng)，防止材料局部變薄能力強(qiáng)，使變形分布趨于均勻化，材料成形時(shí)的總體成形極限高。6、晶粒度（N）晶粒度N級別越高，單位截面積上的晶粒數(shù)越多，材料的晶粒就越細(xì)，強(qiáng)度越大。304鋼種的晶粒度一般要求在7-9級之間。20三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介304鋼種的晶粒度與機(jī)械性能的關(guān)系

晶粒較大時(shí)，有利于提高材料的塑性應(yīng)變比（R），并降低屈強(qiáng)比和屈服伸長。但晶粒較大時(shí)，它們在材料表層取向不同，變形量差異比較明顯，材料表面易出現(xiàn)“桔皮”現(xiàn)象。細(xì)化晶?？蓽p輕桔皮現(xiàn)象發(fā)生，但晶粒過細(xì)，R值會減小，屈強(qiáng)比和屈服伸長都會增大，不利于成形。21三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介不銹鋼的沖壓性能基本的沖壓成形加工工藝有拉深工藝脹形工藝翻邊工藝（包括擴(kuò)孔）彎曲工藝?yán)畛尚喂に嚴(yán)钍抢脤Ｓ媚＞邔_裁或剪裁后所得到的平板坯料制成開口的空心件的一種沖壓工藝方法。其特點(diǎn)是板料在凸模的帶動下，可以向凹模內(nèi)流動，即依靠材料的流動性和延伸率成形，如圖1所示。寶新生產(chǎn)的304Cu、304Ni8.5和304Ni9比較適合于這種沖壓方式

22三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介脹形成形工藝脹形是利用模具強(qiáng)迫坯料厚度減薄和表面積增大，以獲取零件幾何形狀的沖壓加工方法。特點(diǎn)是坯料被壓邊圈壓死，不能向凹模內(nèi)流動，完全依靠材料本身的延伸成形。寶新304鋼種中來自日本日新制鋼的原料比較適合于這種沖壓方式。23三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介不銹鋼常見表面加工等級等級特征及用途NO.1熱軋后施以熱處理及酸洗處理的表面。一般用于冷軋材料，工業(yè)用槽罐、化學(xué)工業(yè)裝置等。NO.2D經(jīng)冷軋后施以熱處理及酸洗得到的無光澤冷軋產(chǎn)品。用于汽車零件、建筑材料、管類等。NO.2BNO.2D經(jīng)過調(diào)質(zhì)軋制后的產(chǎn)品，光澤度和平坦度比NO.2D表面好。采用改善機(jī)械性能的表面處理后，幾乎滿足所有用途。NO.3100~120號研磨帶研磨出來的產(chǎn)品。具有較佳的光澤度，具有不連續(xù)的粗紋。用于建筑內(nèi)外裝飾材料、電器產(chǎn)品及廚房設(shè)備等。NO.4用150~180號研磨帶研磨出來的產(chǎn)品。具有較佳的光澤度，具有不連續(xù)的粗紋，條紋比NO.3細(xì)。用于浴池、建筑內(nèi)外裝飾材料、電器產(chǎn)品、廚房設(shè)備及食品設(shè)備等。#240將No.2D或No.2B加工材料用240號磨粒的研磨砂帶進(jìn)行了研磨，廚房器具。#320用320號研磨帶研磨出來的產(chǎn)品。具有較佳的光澤度，具有不連續(xù)的粗紋，條紋比NO.4細(xì)。用于浴池、建筑內(nèi)外裝飾材料、電器產(chǎn)品、廚房設(shè)備及食品設(shè)備等。#400將No.2B材料用400號拋光進(jìn)行了研磨加工，建筑材料，廚房用品。HL

經(jīng)適當(dāng)粒度拋光砂帶的連續(xù)研磨生成研磨花紋的產(chǎn)品（細(xì)分150~320號）。主要用于建筑裝飾，電梯，建筑物的門、面板等。BA經(jīng)冷軋后施以光亮退火，并經(jīng)過平整得到的產(chǎn)品。表面光澤度極好，有很高的反射率。如同鏡面的表面。用于家電產(chǎn)品、鏡子、廚房設(shè)備、裝飾材料等。24三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)25三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介常見鋼種化學(xué)成分和牌號對照類別執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)主要化學(xué)成分類似標(biāo)準(zhǔn)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)寶新標(biāo)準(zhǔn)CSiMnPSNiCr其它中國標(biāo)準(zhǔn)美國標(biāo)準(zhǔn)JIS

%%%%%%%%GBASTM/AISI奧氏體系列SUS304

≤0.08≤1.00≤2.00≤0.045≤0.0308.00-10.518.0-20.0

0Cr18Ni9304SUS304Cu≤0.08≤1.00≤2.00≤0.045≤0.0308.00-10.518.0-20.0Cu0.75-1.25

SUS304Ni9≤0.08≤1.00≤2.00≤0.045≤0.0309.00-10.518.0-20.0

SUS304L

≤0.03≤1.00≤2.00≤0.045≤0.0309.00-13.018.0-20.0

00Cr19Ni10304LSUS316

≤0.08≤1.00≤2.00≤0.045≤0.03010.0-14.016.0-18.0Mo2.0-3.00Cr17Ni12Mo2316SUS316L

≤0.03≤1.00≤2.00≤0.040≤0.03012.0-15.016.0-18.0Mo2.0-3.000Cr17Ni14Mo2

≤0.03≤0.75≤2.00≤0.045≤0.03010.0-14.016.0-18.0Mo2.0-3.0

316LSUS321

≤0.08≤1.00≤2.00≤0.045≤0.0309.00-13.0017.0-19.0Ti5xC%以上0Cr18Ni10Ti321SUS301

≤0.15≤1.00≤2.00≤0.045≤0.0306.00-8.0016.0-18.0

1Cr17Ni7301SUS301L

≤0.030≤1.00≤2.00≤0.045≤0.0306.00-8.0016.0-18.0N≤0.20

鐵素體系列SUH409L

≤0.03≤1.00≤1.00≤0.040≤0.030-10.5-11.75Ti6xC%

SUS430

≤0.12≤0.75≤1.00≤0.040≤0.030-16.0-18.0

1Cr17430

SUS436L

≤0.025≤1.00≤1.00≤0.040≤0.030-16.0-19.0Mo0.75-1.50TiNbZr8x(C%+N%)-0.8000Cr17Mo436

≤0.07≤1.00≤1.00≤0.040≤0.030-17.0-19.0Ti0.2+4*(C+N)-`1.10

439

SUS444

≤0.025≤1.00≤1.00≤0.040≤0.030-17.0-20.0Mo1.75-2.50TiNbZr8x(C%+N%)-0.8000Cr18Mo2

馬氏體系列SUS420J2

0.26-0.40≤1.00≤1.00≤0.040≤0.030-12.0-14.0

3Cr1342026三、不銹鋼基礎(chǔ)知識簡介常見鋼種特性及用途鋼種特性用途SUS304用途廣泛，具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強(qiáng)度和機(jī)械性能，沖壓彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現(xiàn)象，無磁性家庭用品（1、2類餐具）、櫥柜、室內(nèi)管線、熱水器、鍋爐、浴缸、汽車配件、醫(yī)療器具、建材、化學(xué)、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、船舶部件SUS304Cu由于加入Cu,改善了成型性，有利于深加工，特別是深沖加工家庭用品，暖瓶，水槽、浴槽SUS304Ni9由于提高Ni含量,改善了成型性，有利于深加工，特別是深沖加工家庭用品，暖瓶，水槽、浴槽SUS304L碳含量比SUS304低，耐晶間腐蝕性能優(yōu)越，用于焊接后難以進(jìn)行熱處理的部件類。需要較高耐腐蝕性的化學(xué)、煤炭、石油產(chǎn)業(yè)部門的設(shè)備、建筑材料、耐熱部件和難以進(jìn)行熱處理的部件。SUS316比SUS304更耐海水和其他溶劑腐蝕，高溫強(qiáng)度特別好，可在苛刻的條件下使用，加工硬化性好，無磁性海水、化學(xué)、染料、造紙、草酸、肥料生產(chǎn)設(shè)備、照相、食品工業(yè)、沿海設(shè)施SUS316L碳含量比SUS316低,耐晶間腐蝕性比SUS316好，高溫強(qiáng)度稍差，可在苛刻的條件下使用，加工硬化性好，無磁性海水用設(shè)備、化學(xué)、染料、造紙、草酸、肥料生產(chǎn)設(shè)備、照相、食品工業(yè)、沿海設(shè)施，鐵別適用于機(jī)械及化工工業(yè)設(shè)備SUS321添加Ti含量，耐晶間腐蝕性好、耐熱性，高溫強(qiáng)度及高溫抗氧化性良好，加工性、焊接性能良好，不推薦用于表面裝飾件耐熱材料，汽車、飛行器排氣管管路，鍋爐爐蓋、管道，化學(xué)裝置、熱交換器、噴氣發(fā)動機(jī)、高壓鍋SUS301Cr、Ni含量低于304，通過冷軋加工后強(qiáng)度及硬度提高。冷軋后帶有一定磁性列車、航空器、車輛、彈簧SUS301L在301的基礎(chǔ)上降低C的含量，從而改善了晶間腐蝕。添加N，彌補(bǔ)C含量降低而引起的強(qiáng)度下降列車車輛結(jié)構(gòu)及外部裝飾SUH409L加工性能、焊接性能良好，高溫抗氧化性能良好，能夠承受的溫度范圍從室溫直到575

C廣泛用于汽車尾氣排氣系統(tǒng)SUS410L與409L相比，含鉻高0.5%，在常溫下含有少量馬氏體組織，屈服強(qiáng)度、硬度較高，延伸率較低；不含Ti，與SUH409L鋼種相比表面質(zhì)量較好，但焊接性能稍差。

SUS410L鋼種主要用于汽車排氣系統(tǒng)部件、冷藏集裝箱內(nèi)襯、西餐刀具、餐具等。由于SUS410L鋼種的機(jī)械性能接近于SUS430鋼種，在耐蝕性要求不高的某些場合可替代SUS430使用。SUS430典型的鐵素體不銹鋼，熱膨脹率低，成型性及耐氧化性好耐熱器具、燃燒器、家電產(chǎn)品、2類餐具、廚房設(shè)備、裝飾物及建筑裝飾品SUS436L因添加了Mo、Ti及Nb，其耐蝕性、加工性、焊接性等優(yōu)秀，極高度抗汽車尾氣冷凝物性能汽車排氣管、電磁爐鍋具439由于Ti穩(wěn)定元素的加入和C的降低，焊接后熱影響區(qū)耐晶間腐蝕和點(diǎn)蝕的能力加強(qiáng)。高溫氧化性能增加。耐全面腐蝕能力稍有增加由于良好的焊接性、耐蝕性和高溫氧化性，其2B、HL產(chǎn)品普遍應(yīng)用在汽車排氣管部件、電梯面板、家用電器、水槽等。SUS444因添加了Mo、Ti及Nb，其耐