常见不锈钢材料的分类、特点与热处理.docx

    不锈钢是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，按正火状态下钢的组织状态，可以分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢。
01铁素体不锈钢
    当铬含量到达13％时，铁铬合金将无γ相变；铬量到达12％能耐蚀，故Cr13铁素体钢就成为铁素体不锈钢。
    特点：铁素体不锈钢的耐蚀性和抗氧化性均较好，特别是抗应力腐蚀性能较好，但机械性能（屈服强度比奥氏体不锈钢高，但冲击韧性低，脆性大）及工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构和作抗氧化钢使用。
    1、 铁素体不锈钢的钢种和类型 
    ⑴Cr13型：如0Cr13、0Cr13Al（Al:扩大F，抗氧）等，常用作耐热钢，抗氧化。 
    ⑵Cr16-19型：如Cr17、Cr17Ti、Cr17Mo1Nb等，可耐大气、淡水、稀硝酸介质腐蚀。 
    ⑶Cr25-28型：如Cr25Ti、Cr26Mo1、Cr28等，是耐强腐蚀介质的耐酸钢。 
    2、铁素体不锈钢的脆性 
    高铬铁素体钢的缺点是脆性大，其原因主要是：
    ⑴粗大的原始晶粒：
    ①铸态下组织粗大，不能通过加热冷却过程中的相变来细化，只能通过形变再结晶来细化；②铁素体由于原子扩散快（原理同F不产生晶间腐蚀，Cr扩散快），有低的晶粒粗化温度和高的晶粒粗化速率。
    解决方法：生产中将终锻温度或终轧温度控制在750℃或更低的温度；向钢中加少量钛，以Ti（C、N）阻止晶粒长大；增加铁素体不锈钢中在高温的奥氏体量，来控制晶粒粗化。
    ⑵σ相：σ相具有高的硬度(HRC68以上)，常常沿晶界分布，故引起很大的脆性，并可能促进晶间腐蚀。 （快速冷却，减少其析出）
    ⑶475℃脆性：（在400～500℃温度范围长时间加热后或在此温度范围内缓冷时，钢在室温下变得很脆）原因：475℃加热时，铁素体内的铬原子趋于有序化，形成许多富铬的铁素体，它们与母相保持共格关系，引起晶格畸变和内应力，此时，钢的强度升高，冲击韧性降低，脆性增大
    ⑷钢中含有C、N、O等杂质及夹杂物
    3、铁素体不锈钢的热处理
    ⑴铁素体不锈钢平衡组织为铁素体＋铬的碳化物 
    ⑵目的：为了获得成分均匀的铁素体组织，减少碳化物析出，消除晶间腐蚀倾向，以及消除σ相析出和475℃脆性，铁素体不锈钢在热轧后常采用淬火、回火或退火热处理工艺。（碳化物析出时容易产生点腐蚀和晶间腐蚀）
02奥氏体不锈钢
    奥氏体不锈钢是以18％Cr-8%Ni为典型成分而发展起来的。(18-8型奥氏体不锈钢)
    特点：耐蚀性高（比M不锈钢高，比F不锈钢低），而且具有高的塑性、韧性和低温韧性，易于加工成形为各种形状的钢材，具有良好的焊接性能、无磁性等，即具有良好的综合机械性能，是用量最大的一类不锈钢。
    1、典型钢种、性能及应用 
    ⑴Cr-Ni系不锈钢：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Nb、00Cr18Ni10、00Cr17Ni7Cu2、（加Ti、Nb减少晶界腐蚀；加Cu降低应力腐蚀，扩大A元素）
    ⑵Cr-Mn-N系、Cr-Mn-Ni-N系不锈钢（加Mn和N可代替Ni）
典型钢种：1Cr17Mn13N、1Cr18Mn8Ni5N （分析：WCr﹪>12﹪不锈钢；含Mn、Ni、N为奥氏体不锈钢，如含Cr、Al则为F不锈钢）
N的固溶强化使钢具有较高的屈服强度、塑性和韧性。
    ⑶亚稳奥氏体不锈钢：在冷变形时发生部分马氏体转变，使钢在冷作硬化基础上又加上马氏体强化。
    补充：在Ms～Md之间形变诱发M相变， 大于Md形变使A机械稳定化。
    2、奥氏体不锈钢的平衡组织及热处理 
    18-8型奥氏体不锈钢平衡态组织为奥氏体＋铁素体＋碳化物复相组织，实际的单相奥氏体是通过固溶处理获得的。目的即：使铁素体和碳化物都溶到A中，获得单相的A。
03马氏体不锈钢
    1. 马氏体不锈钢含12--18％Cr, 和铁素体不锈钢相比，其成分特点是：
    ⑴铬的上限含量较低（如过多，则为F）
    ⑵还含有一定量的碳和镍等γ相稳定化元素。（镍不能过多）
    ⑶这类钢的耐蚀性、焊接性较奥氏体、铁素体不锈钢要差，塑性比A不锈钢差，但由于它有较好的机械性能和耐蚀性的结合（有一定耐蚀性，承受一定载荷）
    2. 用于制造机械零件、医用手术工具、测量工具、不锈轴承、弹簧等。 
    3. 综合比较A（奥氏体）、F（铁素体）、M不锈钢的耐蚀性和力学性能：
    M不锈钢耐蚀性较差，但能承受一定载荷；A不锈钢，耐蚀性居中，强度一般，但塑韧性好；F不锈钢耐蚀性和抗氧化性均较好,但是脆性大。
    1、典型钢种、成分和应用 
    ⑴①低碳的13％Cr钢：如1Cr13、2Cr13；②低碳的17％Cr-2%Ni（Ni：稳定A）：Cr多固溶强化。①与②相当于耐蚀调制钢：热处理为淬火+高温回火。（合金使得S点左移，所以作用类似调制钢）
    ⑵中碳的13％Cr钢：如3Cr13、4Cr13 相当于耐蚀工具钢；淬火+低温回火
    ⑶高碳的18％Cr钢：如9Cr18等      相当于耐蚀工具钢。淬火+低温回火
    2、马氏体不锈钢的热处理 
    ⑴软化处理：相当于预备热处理
    钢经锻轧后，由于空冷即会产生马氏体转变，使锻件变硬，在锻件表面产生裂纹，同时也不易切削加工。①高温回火   ②完全退火
    ⑵调质处理     
    ⑶淬火及低温回火