不锈钢 (一种含铬元素的钢材)

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不锈钢是一种含铬元素的钢材,耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质;而耐化学腐蚀(酸、碱、盐等化学浸蚀)的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同,一般不锈钢不一定耐化学介质腐蚀,而耐酸钢则更具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。不锈钢基本合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等,以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。不锈钢容易被氯离子腐蚀,因为铬、镍、氯是同位原素,同位原素会进行互换同化从而形成不锈钢的腐蚀。

1中文名

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不锈钢

2英文名

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stainless steel

3历史起源

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不锈钢的发明和使用,要追溯到第一次世界大战时期。英国科学家布享利·布雷尔利受英国政府军部兵工厂委托,研究武器的改进工作。那时,士兵用的步枪枪膛极易磨损,布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢。布雷尔利发明的不锈钢于1916年取得英国专利权并开始大量生产,至此,从垃圾堆中偶然发现的不锈钢便风靡全球,亨利·布雷尔利也被誉为“不锈钢之父”。
我国不锈钢产业发展进步较晚,建国以来到改革开放前,我国不锈钢的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后,国民经济的快速发展,人民生活水平的显著提高,拉动了不锈钢的需求。进入21世纪,我国不锈钢产业高速增长。一大批国内优秀的不锈钢品牌迅速崛起,逐渐成为不锈钢行业中的翘楚!

4主要类型

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不锈钢一词不仅仅是单纯指一种不锈钢,而是表示一百多种工业不锈钢,所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键首先是要弄清用途,然后再确定正确的钢种。
不锈钢按组织状态分为:马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体(双相)不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。另外,可按成分分为:铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。
马氏体不锈钢
马氏体不锈钢因含碳较高,故具有较高的强度、硬度和耐磨性,但耐蚀性稍差,用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上,如弹簧、汽轮机叶片、外科手术器械等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。锻造、冲压后需退火。
铁素体不锈钢
含铬12%~30%,一般不含镍。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高,耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。铁素体不锈钢因为含铬量高,耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好,但机械性能与工艺性能较差,多用于制造耐空气、水蒸汽及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点,因而限制了它的应用。
奥氏体不锈钢
含铬大于18%,还含有 8%左右的镍,具有比较好的塑性、韧性、焊接性、无磁或弱磁性并耐多种介质腐蚀。如果含有钼、铜等元素还能耐硫酸、磷酸、甲酸以及醋酸和尿素等的腐蚀,并且延展性能更好。这类钢广泛用于制作耐酸设备,如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等,另外还可用作不锈钢钟表饰品的主体材料。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理,即将钢加热至1050~1150℃,然后水冷或风冷,以获得单相奥氏体组织。
奥氏体 - 铁素体双相不锈钢
兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点,并具有超塑性。奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下,Cr含量在18%~28%,Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性,并具有更好的耐晶间腐蚀性能和焊接性能,同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高,具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比,强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐腐蚀性能,也是一种节镍不锈钢。
沉淀硬化不锈钢
沉淀硬化不锈钢在不锈钢化学成分的基础上添加不同类型、数量的强化元素,通过沉淀硬化过程析出不同类型和数量的碳化物、氮化物、碳氮化物和金属间化合物,既提高钢的强度又保持足够的韧性的一类高强度不锈钢,简称PH钢。

(1)马氏体沉淀硬化不锈钢。钢中碳含量一般≤0.1%,但≥0.05%,目的是既有好的焊接性、耐蚀性,又具有较好的强韧性;铬含量一般在16%~17%以保证足够的不锈性和耐蚀性;合适的镍、铬含量,以便钢中δ-铁素体的含量处于最低水平(一般≤5%),以免损害横向性能和降低钢的强度。

(2)半奥氏体沉淀硬化不锈钢。碳含量一般在0.1%左右,为改进铸造性能铸造钢的碳含量大于0.1%;其是本钢设计的关键,这类钢在固溶处理后为奥氏体组织,在此状态下进行加工、成形、焊接。在调整处理(碳化物析出过程)后马氏体点升高,降到室温后为马氏体组织或再通过简单的低温处理(-72℃)后转变成马氏体(即马氏体点在-72℃以上);铬含量一般在14%以上,以保证良好的不锈性和耐蚀性;选择合适的铬、镍当量配比以降低钢中δ-铁素体的含量;钢中含有适量沉淀硬化元素。如、钛、、铜等。有时钢中含钴,还可以促进钼的强化作用。

(3)奥氏体沉淀硬化不锈钢。选择合适的铬、镍适量配比,使其形成非常稳定的奥氏体组织;为了弥补奥氏体强度的不足,通过加入铝、钛以形成Ni3Al、Ni3Ti,或加入磷形成M23(C+P)6而进行强化。

5最新牌号

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各国不锈钢牌号最新国家标准(源禄瑞不锈钢)

No中国GB日本美国韩国欧盟BS EN印度澳大利亚AS中国台湾
旧牌号新牌号(07.10)JISASTMUNSKSISCNS
奥氏体不锈钢
11Cr17Mn6Ni5N12Cr17Mn6Ni5NSUS201201S20100STS2011.437210Cr17Mn6Ni4N20201-2201
21Cr18Mn8Ni5N12Cr18Mn9Ni5NSUS202202S20200STS2021.4373-202
31Cr17Ni712Cr17Ni7SUS301301S30100STS3011.431910Cr17Ni7301301
40Cr18Ni906Cr19Ni10SUS304304S30400STS3041.430107Cr18Ni9304304
500Cr19Ni10022Cr19Ni10SUS304L304LS30403STS304L1.430602Cr18Ni11304L304L
60Cr19Ni9N06Cr19Ni10NSUS304N1304NS30451STS304N11.4315-304N1304N1
70Cr19Ni10NbN06Cr19Ni9NbNSUS304N2XM21S30452STS304N2--304N2304N2
800Cr18Ni10N022Cr19Ni10NSUS304LN304LNS30453STS304LN--304LN304LN
91Cr18Ni1210Cr18Ni12SUS305305S30500STS3051.4303-305305
100Cr23Ni1306Cr23Ni13SUS309S309SS30908STS309S1.4833-309S309S
110Cr25Ni2006Cr25Ni20SUS310S310SS31008STS310S1.4845-310S310S
120Cr17Ni12Mo206Cr17Ni12Mo2SUS316316S31600STS3161.440104Cr17Ni12Mo2316316
130Cr18Ni12Mo3Ti06Cr17Ni12Mo2TiSUS316Ti316TiS31635-1.457104Cr17Ni12MoTi20316Ti 316Ti
1400Cr17Ni14Mo2022Cr17Ni12Mo2SUS316L316LS31603STS316L1.4404~02Cr17Ni12Mo2316L316L
150Cr17Ni12Mo2N06Cr17Ni12Mo2NSUS316N316NS31651STS316N--316N316N
1600Cr17Ni13Mo2N022Cr17Ni13Mo2NSUS316LN316LNS31653STS316LN1.4429-316LN316LN
170Cr18Ni12Mo2Cu206Cr18Ni12Mo2Cu2SUS316J1--STS316J1--316J1316J1
1800Cr18Ni14Mo2Cu2022Cr18Ni14Mo2Cu2SUS316J1L--STS316J1L---316J1L
190Cr19Ni13Mo306Cr19Ni13Mo3SUS317317S31700STS317--317317
2000Cr19Ni13Mo3022Cr19Ni13Mo3SUS317L317LS31703STS317L1.4438-317L317L
210Cr18Ni10Ti06Cr18Ni11TiSUS321321S32100STS3211.454104Cr18Ni10Ti20321321
220Cr18Ni11Nb06Cr18Ni11NbSUS347347S34700STS3471.45504Cr18Ni10Nb40347347
奥氏体-铁素体型不锈钢(双相不锈钢)
230Cr26Ni5Mo2-SUS329J1329S32900STS329J11.4477-329J1329J1
2400Cr18Ni5Mo3Si2022Cr19Ni5Mo3Si2NSUS329J3L-S31803STS329J3L1.4462-329J3L329J3L
0Cr18Ni10Ti铁素体型不锈钢
250Crl3Al06Crl3AlSUS405405S40500STS4051.400204Cr13405405
26-022Cr11TiSUH409409S40900STS4091.4512-409L409L
2700Cr12022Cr12SUS410L--STS410L--410L410L
281Cr1710Cr17SUS430430S43000STS4301.401605Cr17430430
291Cr17Mo10Cr17MoSUS434434S43400STS4341.4113-434434
30-022Cr18NbTi--S43940-1.4509-439439
3100Cr18Mo2019Cr19Mo2NbTiSUS444444S44400STS4441.4521-444444
马氏体型不锈钢
321Cr1212Cr12SUS403403S40300STS403--403403
331Cr1312Cr13SUS410410S41000STS4101.400612Cr13410410
342Cr1320Cr13SUS420J1420S42000STS420J11.402120Cr13420420J1
353Cr1330Cr13SUS420J2--STS420J21.402830 Cr13420J2420J2
367Cr1768Cr17SUS440A440AS44002STS440A--440A440A

6常用材质

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201  奥氏体形,节镍钢种,冷加工后具有磁性,铁道车辆用

301  经冷加工有高的强度,用作铁道车辆、传送带、螺栓螺母等

304  作为不锈耐热钢使用最广泛,食品设备、一般化工设备、原子能工业用

304L  304碳含量更低的不锈钢,耐晶间腐蚀性优越,用作焊接后不进行热处理部件类

309S  耐腐蚀性,耐热性均比304

310S  抗氧化性比309S好,实际上多作为耐热钢使用

316  在海水和其他各种介质中,耐腐蚀性比304好,主要作耐腐蚀材料

316L  316的超低碳钢,比316耐晶间腐蚀性好

321  作抗磁仪表、医疗器械、耐酸容器及设备衬里输送管道等设备和零件

410  通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢,通俗地说,是一种可硬化的不锈钢。粹火后硬度较高,不同回火温度具有不同强韧性组合,主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异,马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同,还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体(或半马氏体)沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等

420  粹火状态下硬度高,耐腐蚀性良好。作汽轮机叶片、刀刃具、喷嘴、阀门等

430  在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢,具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍,有时还含有少量的MOTINB等元素,这类钢具导热系数大、膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点,多用于制造耐大气、水蒸汽、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点,因而限制了它的应用。炉外精炼技术(AODVOD)的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低,因此使这类钢获得广泛应用。多用于建筑内装饰、重油燃烧器部件、家庭用具和家用电器部件

7常见产品表面

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原面:NO.1 热轧后施以热处理及酸洗处理的表面。

钝面:NO.2D 冷轧后经热处理、酸洗者,其材质柔软,表面呈银白色光泽。

雾面:NO.2B 冷轧后经热处理、酸洗,再以精轧加工使表面为适度之光亮者。

粗砂:NO.3 用100-120号研磨带研磨出来的产品。具有较佳的光泽度,具有不连续的粗纹。

细砂:NO.4 用粒度150-180号研磨带研磨出来的产品。具有较佳的光泽度,具有不连续的粗纹,条纹比NO.3细。

毛丝面:经适当粒度抛光砂带的连续研磨生成研磨花纹的产品(细分150-320号)。

亮面:BA 经冷轧后施以光亮退火,并经过平整得到的产品。表面光泽度极好,有很高的反射率。如同镜面的表面。

8锈蚀种类及原因

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裸露在腐蚀环境中的金属表面发生电化反应或化学反应,均匀受到腐蚀。不锈钢表面钝化膜之中耐腐蚀能力弱的部位,由于自激反应而形成点蚀反应,生成小孔,再加上有氯离子接近,形成很强的腐蚀性溶液,加速腐蚀反应的速度。还有不锈钢内部的晶间腐蚀开裂,所有这些,对不锈钢表面的钝化膜都发生破坏作用。因此,对不锈钢表面必须进行定期的清洁保养,以保持其华丽的表面及延长使用寿命。清洗不锈钢表面时必须注意不发生表面划伤现象,避免使用漂白成分以及研磨剂的洗涤液,钢丝球、研磨工具等,为除掉洗涤液,洗涤完成后再用洁净水冲洗表面。
不锈钢是靠其表面形成的一层极薄而又坚固细密的稳定的富铬氧化膜(防护膜)。防止氧原子继续渗入继续氧化,而获得抗锈蚀能力。一旦有某种原因,这种薄膜受到不断的破坏,空气或液体中的氧原子就会不断地析离出来,形成疏松的氧化铁,金属表面也就受到不断的锈蚀。
使用环境中存在氯离子
氯离子广泛存在,比如食盐/汗迹/海水/海风/土壤等等。不锈钢在氯离子存在下的环境中,腐蚀很快,甚至超过普通的低碳钢。所以对不锈钢的使用环境有要求,而且需要经常擦拭,除去灰尘,保持清洁干燥。
没有经过固溶处理
合金元素没有溶入基体,致使基体组织合金含量低,抗蚀性能差。
天生的晶间腐蚀
这种不含钛和铌的材料有晶间腐蚀的倾向。加入钛和铌,再配以稳定处理,可以减少晶间腐蚀。在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢,不锈钢是具有美观的表面和耐腐蚀性能好,不必经过镀色等表面处理,而发挥不锈钢所固有的表面性能,使用于多方面的钢铁的一种,通常称为不锈钢。代表性能的有13铬钢,18-8铬镍钢等高合金钢。从金相学角度分析,因为不锈钢含有铬而使表面形成很薄的铬膜,这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性,钢必须含有12%以上的铬。用于需要焊接的场合。较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响区中所析出的碳化物减至最少,而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境中产生晶间腐蚀
粉尘
制作经常是在有粉尘的场地进行,空气中常带有许多粉尘,它们不断地落在设备表面。它们可以用水或碱性溶液去除掉。不过,有附着力的尘垢需要高压水或蒸气进行清理。
浮铁粉或嵌入的铁
在任何表面上,游离铁都会生锈并使不锈钢产生腐蚀。因此,必须清除。浮粉一般可随粉尘一起清除掉。有些粘着力很强,必须按嵌入的铁处理。除粉尘外,表面铁的来源很多,其中包括用普通碳钢钢丝刷清理和用以前在普碳钢,低合金钢或铸铁件上使用过的砂子、玻璃珠或其它磨料进行喷丸处理,或在不锈钢部件及设备附近对前面提到的非不锈钢制品进行修磨。在下料或吊过过程中如果不对不锈钢采取保护措施,钢丝绳、吊具和工作台面上的铁很容易嵌入或玷污表面。订货要求和制作后检查可以防止并发现游离铁的存在,ASTM标准A380[3]规定了检查不锈钢表面铁或钢微粒的铁锈试验法。当要求绝对不能有铁存在的时候,应该使用这种检验方法。如果结果令人满意,应用干净的纯水或硝酸对表面进行洗涤,直到深蓝色完全消失。正如标准A380[3]指出的如果铁锈试验溶液不能全部清除干净,不推荐在设备的工艺表面,即用来生产人类消费品的直接接触表面采用这种试验方法。比较简单的试验方法是在水中暴露12~24小时,检查是否有锈斑。这种试验灵敏性差,而且耗时。这些都是检测试验,不是清理方法。如果发现有铁存在,必须用后面介绍的化学和电化学的方法进行清理。
划痕
为了防止工艺润滑剂或生成物和/或污物积留,必须对划痕和其它粗糙表面进行机械清理一般都是用不锈钢专用抛光机去除。如果在焊接或修磨过程中不锈钢在空气中被加热到一定的高温,焊缝两侧、焊缝的下表面和底部都会出现铬氧化物热回火色。热回火色比氧化保护膜薄,而且明显可见。颜色决定于厚度,可呈见彩虹色、蓝色、紫色到淡黄色和棕色。较厚的氧化物一般为黑色。它是由于在高温或长时间在较高度下停留所致。当出现任何一种这类氧化层时,金属表面的铬含量都会降低,造成这些区域的耐腐蚀性降低。在这种情况下,不仅要消除热回火色和其它氧化层,还应对它们下面的贫铬金属层进行清理。
锈斑
制作前或制作过程中有时会看到不锈钢产品或设备上生锈,这说明表面受到严重污染。设备投入使用前必须把锈清除掉,彻底清理过的表面应通过铁试验和/或水试验进行检验。
粗糙的研磨和机加工
研磨和机加工都会造成表面粗糙,留有凹槽,重叠和毛刺等缺陷。每种缺陷也可能使金属表面损伤到一定深度,以至于受损伤的金属表面无法通过酸洗,电抛光或喷丸(如干喷砂,磨料用玻璃珠)等方法清理掉。粗糙表面能够成为发生腐蚀和沉积生成物的发源地,重焊前清理焊缝缺陷或清除多余的焊缝加强高都不能用粗磨进行研磨。对后一种情况,应再用细磨料研磨。
焊接引弧斑痕
焊工在金属表面引弧时,会造成表面粗糙缺陷。保护膜受损,留下潜在的腐蚀源。焊工应在已经焊好的焊道上或在焊缝接头的侧边引弧。然后将引弧痕迹熔入焊缝中。
焊接飞溅
焊接飞溅与焊接工艺有很大关系。例如:GTAM(气体保护钨极电弧焊)或TIG(惰性气体保护钨极焊)没有飞溅。但是,采用GMAW(气体保护金属电弧焊)和FCAW(带焊剂芯的电弧焊)两种焊接工艺时如果焊接参数使用不当会造成大量飞溅。出现这种情况时,必须调整参数。如果要解决焊接飞溅的问题,焊接前应在接头的每一边涂上防溅剂,这样可以消除飞溅物的附着力。焊完后可以很容易地将这种防溅剂及各种飞溅物清理掉,可不损伤表面或带来轻微损伤。
利用焊剂进行焊接的工艺有手工焊,带焊剂芯电弧焊和埋弧焊,这些焊接工艺都会在表面留下细小的焊剂颗粒,普通的清理方法无法将它们清除掉。这此颗粒将是缝隙腐蚀的腐蚀源,必须采用机械清理方法去除这些残留焊剂。
焊接缺陷
焊接缺陷如:咬边、未焊透、密集气孔和裂纹不仅降低接头的牢固性,而且还会成为缝隙腐蚀的腐蚀源。改善这种结果进行清理操作时,它们还会夹带固体颗粒。这些缺陷可通过重新焊接或修磨后重焊进行修补。
油和油脂
有机物质如:油,油脂甚至指印都会成为局部腐蚀的腐蚀源。由于这些物质能起屏障作用,它们会影响化学和电化学清理效果,因而必须彻底清理掉。ASTM A380有一种简单的断水(WATERBREAK)试验检测有机污染物。试验时,从垂直表面的顶部浇下水,在向下流的过程中水会沿着有机物质的周围分开。熔剂和/或酸性化学清洗剂可清除油迹和油脂。
残余粘合剂
撕掉胶带和保护纸时,粘合剂总有一部分残留在不锈钢表面。如果粘全剂还没硬,可以用有机熔剂去除。但是,当曝露在光或空气中时,粘全剂变硬,形成缝隙腐蚀的腐蚀源。然后需要用细磨料进行机械清理。
油漆笔印
这些污染物的影响与油和油脂的影响相似。建议用干净的刷子和干净的水或碱性清洗剂进行洗涤,也可以使用高压水或蒸汽冲洗。在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%,具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍,有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素,这类钢具导热系数大,膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点,多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点,因而限制了它的应用。炉外精炼技术(AOD或VOD)的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低,因此使这类钢获得广泛应用。

9生产工艺

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