第5章不銹鋼和耐熱鋼

1、1本教材主要內(nèi)容本教材主要內(nèi)容 第三章 金屬材料的生產(chǎn)及加工 第四章 金屬結(jié)構(gòu)材料 第五章 不銹鋼和耐熱鋼 第六章 金屬耐磨材料 第七章 金屬功能材料 第八章 亞穩(wěn)態(tài)材料 第九章 鑄鐵 第十章 有色金屬及合金 第十一章 非金屬材料 第十二章 金屬整合系統(tǒng) 第十三章 材料科學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)23 5.1 金屬的腐蝕 5.2 常用不銹鋼 5.3 抗氧化鋼 5.4 熱強(qiáng)鋼 5.5 氣閥鋼帶著問題：1.鉻在不銹鋼對于耐蝕性的影響？2.常用不銹鋼主要有哪些？3.什么是抗氧化鋼？什么是熱強(qiáng)鋼？第五章 金屬結(jié)構(gòu)材料5.1 金屬的腐蝕5.1 金屬的腐蝕材料腐蝕定義：材料受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)作用、電化學(xué)作用而遭受破壞且

2、功能退化的現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)：1975年美國因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約為700億美元，占當(dāng)年國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的4.2%；全世界每年由于金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約占當(dāng)年鋼產(chǎn)量的10%20%等等。常見腐蝕現(xiàn)象：鐵制品生銹鋁制品表面出現(xiàn)白斑銅制品表面發(fā)綠銀器表面變黑思考：金屬腐蝕都是有害的？錯(cuò)，可以應(yīng)用腐蝕進(jìn)行電化學(xué)加工、制備信息硬件的印刷線路等。腐蝕的分類根據(jù)腐蝕機(jī)理分為：化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕根據(jù)環(huán)境介質(zhì)的不同分為：氣體腐蝕（化學(xué)腐蝕，通常指高溫金屬腐蝕） 非電解質(zhì)溶液腐蝕 大氣腐蝕（電化學(xué)腐蝕，有水形成微電池）土壤腐蝕電解質(zhì)溶液腐蝕5.1 金屬的腐蝕先來看一個(gè)實(shí)驗(yàn)在干凈的鐵表面上，滴上一滴加有酚酞和鐵氰化

3、鉀的食鹽水現(xiàn)象：一段時(shí)間后，食鹽水水滴外圍變紅，鹽水滴中間出現(xiàn)棕黃色沉淀原因：鹽水滴中間和邊緣由于水滴厚度不同，氧氣濃度中間低，邊緣高，形成氧濃差電池中間作為陽極：邊緣陰極：大部分金屬的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕eFeF42e22OHeOHO44222實(shí)驗(yàn)分析：通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種電極電位不同的金屬相互接觸，并且有電解質(zhì)存在時(shí)，便形成微電池，使得電極電位較低的金屬成為陽極不斷被腐蝕。同一合金中，如果存在不同相，也可能產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，例如鋼的珠光體組織，珠光體由鐵素體和滲碳體兩相組成，當(dāng)有電解質(zhì)溶液存在時(shí)，鐵素體作為陽極被腐蝕。通過實(shí)驗(yàn)我們可以知道，提高金屬耐蝕性方法：1.盡量使合金形成單

4、相組織2.提高合金本身電極電位5.1 金屬的腐蝕實(shí)踐證明，鋼中加入大量鉻、鎳等元素，可以形成不銹鋼原因1.鉻能在金屬表面形成一層致密的氧化膜2.鉻能提高鐵素體、奧氏體、馬氏體的電極電位3.鉻與鎳可以形成單相鐵素體和奧氏體，有效避免微電池的形成。不銹鋼、耐熱鋼命名方法：碳含量以千分之幾表示若鋼中碳含量0.03%，鋼號(hào)前冠以00；若鋼中碳含量0.08%，鋼號(hào)前冠以0鋼中合金元素以百分之幾表示。TiNiC918r0241700MoNiCr13r2C5.2 常用不銹鋼奧氏體不銹鋼應(yīng)用最廣泛的不銹鋼，約占不銹鋼總產(chǎn)量的三分之二。屬鉻鎳鋼，碳含量很低，為0.08%-0.15%；鉻、鎳含量很高，分別為15%

5、-24%和3.5%-22%.具有良好的耐蝕性和耐熱性，此外還有高的塑性、可焊性、韌性、無磁性等。碳含量很低，防止析出碳化物鎳，擴(kuò)大相區(qū)，獲得單相奧氏體鉻，提高鋼的電極電位，又在鋼表面生成致密氧化膜。常見：不銹鋼按組織可分為：奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體不銹鋼、沉淀硬化型不銹鋼等，前三種不銹鋼最常用。TiMoNiCrTiNiCrNiCrNiC212181/9180/9181/918r0奧氏體不銹鋼在450480時(shí)，在晶界析出碳化物 ，從而使晶界附近鉻含量降低，這樣晶界附近就容易腐蝕，這種腐蝕成為晶間腐蝕。如何防止晶間腐蝕？降低C含量進(jìn)行固溶處理加入強(qiáng)碳化合物形成元素鈦

6、、鈮等623, rCFeC5.2 常用不銹鋼鐵素體不銹鋼一般碳含量低于0.12%，鉻含量為11.5%-32%，為高鉻不銹鋼由于鉻元素對區(qū)的影響，這類鋼為單相鐵素體組織，從室溫加熱到1100，其組織也顯著變化。具有抗大氣腐蝕和耐酸能力強(qiáng)，也具有良好的高溫抗氧化性，塑性和焊接性均較馬氏體不銹鋼好。常用鐵素體不銹鋼Cr13型：如0Cr13、0Cr13Al、0Cr11Tideng ,用作耐熱鋼如汽車排氣閥。Cr1619型：如Cr17、Cr17Ti等，可耐大氣、淡水、稀硝酸等介質(zhì)腐蝕。Cr2528型：如Cr25、Cr28Mo4等，使耐強(qiáng)酸腐蝕介質(zhì)的耐腐蝕鋼。5.2 常用不銹鋼馬氏體不銹鋼碳含量為0.08

7、%1.2%，鉻含量為12.5%18%，為高碳含鉻不銹鋼。碳含量增加，強(qiáng)度、硬度、耐磨性提高，但耐蝕性下降，同時(shí)碳與鉻會(huì)形成合金碳化物，會(huì)降低鐵素體中含鉻量，使其電極電位不能提升。因此多用于制造力學(xué)性能高，而耐蝕性要求較低的零件，如汽輪機(jī)葉片、彈簧、滾動(dòng)軸承等。常見有4Cr13等。奧氏體-鐵素體復(fù)相不銹鋼其組織為奧氏體+鐵素體復(fù)相組織，如Cr21Ni5Ti、00Cr18Ni5Mo3Si2等，含有鐵素體50%70%。奧氏體降低了高鉻鐵素體鋼的脆性，提高了可焊性、韌性和降低了晶粒長大的傾向，鐵素體的存在又提高了奧氏體鋼的屈服強(qiáng)度、抗晶間腐蝕能力等。5.3 抗氧化鋼耐熱鋼：在高溫下工作的鋼。一般分為抗

8、氧化鋼、熱強(qiáng)鋼和氣閥鋼?？寡趸摚涸诟邷叵戮哂休^好的抗氧化性能和一定強(qiáng)度的鋼種，多用于制造鍋爐用部件和熱交換器等。鋼在高溫下容易氧化，在鋼中加入鉻、鋁、硅等，在鋼表面形成致密氧化膜。實(shí)際應(yīng)用抗氧化鋼，大多數(shù)是在鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳鋼基礎(chǔ)上加入硅、鋁研制而成，一般分為鐵素體抗氧化鋼、奧氏體抗氧化鋼、鉻-錳-氮及鉻-錳-鎳-氮系抗氧化鋼。鐵素體抗氧化鋼有晶粒長大傾向，韌性較低，不宜做承受沖擊負(fù)荷的零件，但抗氧化性強(qiáng)，在含S的氣氛中有好的耐蝕性，主要用于制作承受應(yīng)力不大的盧用構(gòu)件，如過熱器吊架、退火爐罩等。如1Al3Mn2MoWTi鋼，在650使用時(shí)有良好的抗硫腐蝕性能及抗氧化性，多用于石油裂化設(shè)備。

9、 奧氏體抗氧化鋼鉻-鎳奧氏體抗氧化鋼可用于1000以上，一般含18%的鉻和14%的鎳，如3Cr18Ni25Si2,可用做箱式爐及滲碳爐風(fēng)扇軸等。鉻-錳-氮及鉻-錳-鎳-氮系抗氧化鋼由于錳的存在，抗氧化性略低于鉻鎳鋼，為此可加入2%的硅，改善抗氧化性，但抗硫能力比鉻鎳鋼好、成本低，經(jīng)濟(jì)性能好。如3Cr18Mn12Si2N鋼廣泛用于中溫箱式爐爐底板和輸送帶式加熱爐的鏈條、滲碳罐等。5.4熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼：在高溫服役時(shí)能夠保持良好的熱穩(wěn)定性和較高的強(qiáng)度。隨溫度升高，金屬材料變化：強(qiáng)度、硬度下降，塑性升高高溫下，負(fù)荷遠(yuǎn)低于鋼的強(qiáng)度值，隨著施加應(yīng)力時(shí)間的延長，零件將緩慢發(fā)生塑性變形，這種現(xiàn)象稱為蠕變。原因：

10、在再結(jié)晶溫度以下，金屬塑性變形會(huì)產(chǎn)生形變硬化，在再結(jié)晶溫度以上，由于原子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，在應(yīng)力作用下，金屬產(chǎn)生形變強(qiáng)化的同時(shí)，還進(jìn)行著回復(fù)再結(jié)晶的消除強(qiáng)化作用，因而每次強(qiáng)化的效果都被消除強(qiáng)化過程所抵消，永遠(yuǎn)不能與所承受的應(yīng)力相平衡，出現(xiàn)蠕變。熱強(qiáng)度：承受應(yīng)力的金屬材料在高溫下抵抗蠕變的能力。影響因素：機(jī)體的固溶強(qiáng)化：高溫時(shí)，-Fe原子排列比較致密，原子結(jié)合力強(qiáng)，所以奧氏體具有更高的熱強(qiáng)度。在金屬中加入合金元素，形成單相固溶體，可以提高熱強(qiáng)度。晶界強(qiáng)化：晶界排列混亂，原子擴(kuò)散迅速，有利于蠕變進(jìn)行，因此粗晶粒鋼具有更高熱強(qiáng)度。沉淀強(qiáng)化：沉淀阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)提高熱強(qiáng)度。提高再結(jié)晶溫度：加入鉬、鎢、鉻可以提

11、高鋼的再結(jié)晶溫度。熱處理：通過熱處理可以調(diào)整晶粒度、改善強(qiáng)化相的分布狀態(tài)、調(diào)整機(jī)體和強(qiáng)化相的成分，提高熱強(qiáng)度。5.4熱強(qiáng)鋼珠光體熱強(qiáng)鋼顯微組織：珠光體+鐵素體優(yōu)點(diǎn)：合金元素含量少，一般低于5%，工藝性能好，廣泛用于制造在600以下工作的動(dòng)力工業(yè)和石油工業(yè)的構(gòu)件。如15CrMo用于制造水蒸氣溫度達(dá)到530的高壓鍋爐的過熱管等零件。奧氏體熱強(qiáng)鋼用于600700范圍內(nèi)使用，如3Cr18Mn12Si2N鋼、2Cr20Mn9Ni2Si2N鋼屬于奧氏體不銹鋼，同時(shí)又有高的抗氧化性，并在600有足夠強(qiáng)度，常用于吊掛支架、滲碳爐構(gòu)件、加熱爐傳送帶、料盤、鹽浴坩堝等。馬氏體熱強(qiáng)鋼在620范圍使用，如1Cr13Mo用于制作汽輪機(jī)葉片等。5.5 氣閥鋼根據(jù)氣閥的工作條件，排氣閥材料要求：1.在工作溫度下有足夠的高溫強(qiáng)度和韌性，有高的硬度和耐磨性；2.在工作溫度下有良好的抗氧化性和耐燃?xì)飧g的性能；3.在冷熱交換情況下，組織應(yīng)穩(wěn)定，不應(yīng)有尺寸變化；4.良好的冷加工、熱加工及焊接等工藝性能。氣閥鋼按