不锈钢材料的性能详解.docx

物理性能
不锈钢和碳钢的物理性能差异较大：碳钢的密度略高于铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢，而略低于奥氏体型不锈钢；电阻率按碳钢、铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢和奥氏体型不锈钢的顺序递增；线胀系数大小的排序也类似，奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小；碳钢、铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢有磁性，奥氏体型不锈钢无磁性，但其冷加工硬化生成马氏体相变时会产生磁性，可通过热处理方法来消除这种马氏体组织而消除其磁性。
奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点：
1）电阻率高，约为碳钢的5倍。
2）线胀系数大，比碳钢大40%，并随着温度的升高，线胀系数的数值也相应提高。
3）热导率低，约为碳钢的1/3。
由于奥氏体型不锈钢具有这些特殊的物理性能，在焊接过程中会引起较大的焊接变形。特别在异种金属（指与碳钢、低合金钢）焊接时，由于这两种材料的热导率和线胀系数有很大差异，会产生很大的焊接残余应力，成为焊接接头产生裂纹的主要原因之一。

力学性能
不论不锈钢板还是耐热钢板，奥氏体型不锈钢板的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性，同时硬度也不高，这也是它们被广泛利用的原因之一。奥氏体型不锈钢板同绝大多数的其他金属材料相似，抗拉强度、屈服强度和硬度随着温度的降低而提高；塑性则随着温度降低而减少。其抗拉强度在15～80℃范围内增大较快，温度进一步降低时则变化缓慢，而屈服强度的增长是较均匀的。更重要的是，随着温度的降低，其冲击韧度降低缓慢，并不存在脆性转变。所以18-8型不锈钢低温时能保持足够的塑性和韧性，如温度在-196℃时，冲击吸收功可达392J；甚至在液氦温度（-270℃）下仍保持有足够的冲击韧度值；更可贵的是在液氢温度（-273℃）下具有阻止应力集中部位发生脆性破裂的能力。因此，这类钢板被广泛应用于制造深冷设备，是一种不可缺少的低温工程材料。但是，为了防止18-8型锈钢产生热裂纹，往往在焊缝金属中要添加一些铁素体形成元素，而铁素体的形成会降低其低温冲击韧度。因此，在焊接这种低温材料时，要引起足够的重视。18-8型不锈钢板不仅在低温时具有良好的力学性能，而且在高温时又有较高的热强性。它在温度为900℃的氧化性介质和温度在700℃的还原性介质中，都能保持其化学稳定性，所以这种钢板也是常用的耐热材料。

耐热性能
耐热性是指高温下既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，又有足够的强度即高温力学性能（热强性）。
1. 热稳定性
为了使不锈钢在高温下具有稳定的耐氧化和耐气体介质腐蚀性能，必须使钢材表面不能形成疏松或易于破裂的氧化膜，如FeO、Fe3O4、Fe2O3。为了防止氧化膜的出现，最好在钢中加入Cr、Al和Si等合金元素，使钢材表面形成结构致密并与钢材表面牢固结合的氧化膜，如Cr2O3、Al2O3等合金氧化膜。这种合金氧化膜具有良好的保护作用，从而可延长钢材的使用寿命或提高使用温度。若铬的质量分数达到或超过12%，再加入铝和硅等合金元素就可发挥更大的抗氧化性能。在不锈钢中，若氧化膜主要以Cr2O3的形式出现，其抗环境温度剧变的能力最为优越。
2. 高温强度
耐热钢产品在高温使用过程中要考虑到的因素：一是高温强度，高温强度的指标有蠕变强度和持久强度以及高温短时强度。钢材在高温下受恒定应力作用时，由于应力与温度共同作用的结果，可在低于屈服强度的条件下发生缓慢的塑性变形，这就叫蠕变。蠕变的速率随温度的提高和应力的增大而增加。蠕变强度是指材料在某一限定温度下，达到某临界蠕变速率（或某限定时间达到临界应变量）的临界应力长期高温工作时可能产生脆化现象和高温疲劳的特性。若耐热钢产品的高温强度不能满足图样设计要求，在工作过程中会发生重大事故；二是耐热钢产品长期处在工作状态，疲劳在使用过程中是一个不可回避的问题，疲劳会引起疲劳裂纹。疲劳裂纹一般由表面层或者表面下某些缺陷萌生的，在交变应力作用下，裂纹逐渐扩大，直至剩余的断面承受不了最后一周交变应力的作用而发生突然断裂。在较低温度下，疲劳裂纹是穿晶的，而在高温下的疲劳裂纹是沿晶间发展而导致断裂。