(15-04-20)不銹鋼材料培訓(xùn)

不銹鋼金屬材料及性質(zhì)講師姓名：講師部門(mén)：新材料PC項(xiàng)目2015年04月20日學(xué)習(xí)要求課程目標(biāo)：了解常用金屬材料性質(zhì)掌握常見(jiàn)不銹鋼的耐腐蝕性能了解金屬腐蝕的原理課程目錄不銹鋼各元素的作用2不銹鋼的分類(lèi)及特點(diǎn)31金屬腐蝕的原理及類(lèi)型331.1鋼的定義鋼，是含碳量質(zhì)量百分比介于0.02%至2.04%之間的鐵合金的統(tǒng)稱(chēng)。鋼的化學(xué)成分可以有很大變化，只含碳元素的鋼稱(chēng)為碳素鋼（碳鋼）或普通鋼；在實(shí)際生產(chǎn)中，鋼往往根據(jù)用途的不同含有不同的合金元素，比如：錳、鎳、釩等等。1.2不銹鋼的分類(lèi)1.3常見(jiàn)鋼材料的組分及特點(diǎn)名稱(chēng)

化學(xué)成分（wt%）特性用途碳素鋼20號(hào)碳素鋼C:0.17%～0.24%Si:0.17%～0.37%Mn:0.35%～0.65%S≤0.035%P≤0.035%Cr≤0.25%Ni≤0.25%Cu≤0.25%冷變形塑性高、一般供彎曲、壓延、彎邊和錘拱等加工，電弧焊和接觸焊的焊接性能好，氣焊時(shí)厚度小，外形要求嚴(yán)格或形狀復(fù)雜的制件上易發(fā)生裂紋,耐腐蝕性差廣泛應(yīng)用于建筑﹑橋梁﹑鐵道﹑車(chē)輛﹑船舶和各種機(jī)械制造工業(yè),以及近代的石油化學(xué)工業(yè)﹑海洋開(kāi)發(fā)等方面奧氏體不銹鋼304C≤0.08Si≤1.00Mn≤2.00P≤0.035S≤0.03Ni：8.0~11.0Cr：17.00~19.00304

是一種通用性的不銹鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性，低溫強(qiáng)度和機(jī)械特性；沖壓、彎曲等熱加工性好，無(wú)熱處理硬化現(xiàn)象（無(wú)磁性，使用溫度-196℃～800℃）它廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設(shè)備和機(jī)件304LC≤0.03Si≤1.00Mn≤2.00P≤0.035S≤0.03Ni：8.0~11.0Cr：18.00~20.00304L

是碳含量較低的304不銹鋼的變種，用于需要焊接的場(chǎng)合。較低的碳含量使得在靠近焊縫的熱影響區(qū)中所析出的碳化物減至最少，而碳化物的析出可能導(dǎo)致不銹鋼在某些環(huán)境中產(chǎn)生晶間腐蝕應(yīng)用于抗晶界腐蝕性要求高的化學(xué)、煤炭、石油產(chǎn)業(yè)的野外露天機(jī)器，建材耐熱零件及熱處理有困難的零件316C

≤0.08

Si≤1.00Mn≤2.00

S≤0.03P≤0.035

Cr：16.0～18.5

Ni：10.00～14.00

Mo：2.0～3.0因添加Mo，故其耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強(qiáng)度特別好，可在苛酷的條件下使用；加工硬化性?xún)?yōu)（無(wú)磁性）海水里用設(shè)備、化學(xué)、染料、造紙、草酸、肥料等生產(chǎn)設(shè)備；沿海地區(qū)設(shè)施、繩索、CD桿、螺栓、螺母

316LC≤0.03

Si≤1.00

Mn≤2.00P≤0.035S≤0.03Ni:10.0~14.0Cr:16.0~18.0

Mo:2.0~3.0作為316鋼種的低C系列，除與316鋼有相同的特性外，其抗晶界腐蝕性?xún)?yōu)316鋼的用途中，對(duì)抗晶界腐蝕性有特別要求的產(chǎn)品1.4奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼除耐氧化性酸介質(zhì)腐蝕外，如果含有Mo、Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類(lèi)鋼中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼對(duì)濃硝酸具有良好的耐蝕性。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。2不銹鋼中各元素的作用

Cr——是構(gòu)成不銹鋼的基本元素。Cr是決定不銹鋼耐腐蝕性能的最基本元素。在氧化性介質(zhì)中，Cr能使鋼的表面很快形成一層實(shí)際為腐蝕介質(zhì)不能透過(guò)和不溶解的富Cr的氧化膜，這層氧化膜很致密，并與金屬基本結(jié)合得很牢固，保護(hù)鋼免受外界介質(zhì)進(jìn)一步氧化浸蝕。

Ni——單獨(dú)不能構(gòu)成不銹鋼Ni對(duì)不銹鋼耐腐蝕的影響，只有它與Cr配合時(shí)才能充分顯示出來(lái)。因?yàn)?，低炭Ni鋼要獲得純奧氏體組織，含Ni量需達(dá)24%；要使鋼在某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能顯著改變，含Ni量需在27%以上。所以，Ni不能單獨(dú)構(gòu)成不銹鋼。而在含Cr18%的鋼中加入9%的Ni，就能使鋼在常溫下獲得單一奧氏體組織，并可以提高鋼對(duì)非氧化性介質(zhì)（如：稀硫酸、鹽酸、磷酸等）的耐蝕性，并能改善鋼的焊接和冷彎等的工藝性能。

Mn——可代替CrNi不銹鋼中的NiMn在不銹鋼中有Ni相仿的作用。Mn的穩(wěn)定奧氏體作用為Ni的二分之一，但Mn的加入會(huì)使含Cr低的不銹鋼耐蝕性降低。同時(shí)，高M(jìn)n奧氏體鋼不易加工。因此，在不銹鋼中不單獨(dú)使用Mn，只用部分代替Ni。

2不銹鋼中各元素的作用

C——在不銹鋼中具有兩重性在不銹鋼中的含量及其分布的形式，在很大程度上左右著不銹鋼的性能和組織：一方面碳是穩(wěn)定奧氏體元素，并作用的程度很大，約為Ni的30倍；另一方面由于碳和Cr的親和力很大，在不銹鋼中要占用十七倍碳量的Cr與它結(jié)合成碳化鉻。隨著鋼中含碳量的增加，則與C形成碳化物的Cr越多，從而顯著降低鋼的耐蝕性。所以，從強(qiáng)度與耐腐蝕性能兩方面來(lái)看，碳在不銹鋼中的作用是互相矛盾的。在實(shí)際應(yīng)用中，為了達(dá)到耐腐蝕的目的，不銹鋼的含碳量一般較低，在大多在0.1%左右，為了進(jìn)一步提高鋼的耐腐蝕能力，特別是抗晶間腐蝕的能力，常采用超低碳的不銹鋼，含碳量在0.03%甚至更低。

Mo——能提高某些不銹鋼對(duì)某些介質(zhì)的耐腐蝕性能Mo能提高不銹鋼對(duì)硫酸、醋酸等腐蝕介質(zhì)的耐蝕能力。Mo還能顯著提高對(duì)含氯離子的介質(zhì)（如鹽酸）以及有機(jī)酸中的耐蝕能力。但含Mo的不銹鋼不宜在硝酸中應(yīng)用，含Mo的不銹鋼在沸騰的65%硝酸中的腐蝕速度比不含Mo的增加一倍。Mo對(duì)鋼獲得單一奧氏體組織有不利影響，因此在含Mo鋼中，為了使鋼在熱處理后具有單一的奧氏體組織，Ni在Mn等元素的含量要相應(yīng)的提高。

Si——能提高不銹鋼的抗氧化能力Si對(duì)提高Cr鋼抗氧化能力的作用很顯著，含5%Cr及1%Si的鋼，抗氧化的能力可與12%Cr鋼相等。如使鋼在1000℃能抵抗氧化，含0.5%Si時(shí)需要22%的Cr，如加入2.5～3%的Si以后，只需要12%的Cr就可以了。有資料還介紹，向Cr15Ni20的CrNi鋼中加2.5%的Si，抗氧化性能可相當(dāng)Cr15Ni60的CrNi合金。向高Cr鋼中加Si的目的：一是為了進(jìn)一步提高鋼的抗氧化性能，二是為了節(jié)約用Cr。但是Si對(duì)提高Cr鋼抗氧化性能的作用雖然很大，但也有很多缺點(diǎn)，最主要的是它使鋼的晶粒粗化和脆性?xún)A向增大。3.1金屬腐蝕的基本原理金屬腐蝕的本質(zhì)金屬在腐蝕過(guò)程中所發(fā)生的化學(xué)變化，從根本上來(lái)說(shuō)就是金屬單質(zhì)被氧化形成化合物金屬腐蝕的途徑這種腐蝕過(guò)程一般通過(guò)兩種途徑進(jìn)行：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕金屬腐蝕化學(xué)腐蝕：金屬表面與周?chē)橘|(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕電化學(xué)腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質(zhì)溶液接觸,通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕生物腐蝕也是金屬腐蝕的一種途徑3.1金屬腐蝕的基本原理銅板上的鐵釘容易生銹電化學(xué)腐蝕3.2金屬腐蝕的類(lèi)型點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、晶間腐蝕、均勻腐蝕、磨損腐蝕、氫脆3.2金屬腐蝕的類(lèi)型均勻腐蝕均勻腐蝕是指在與環(huán)境接觸的整個(gè)金屬表面上幾乎以相同速度進(jìn)行的腐蝕。在應(yīng)用耐蝕材料時(shí)，應(yīng)以抗均勻腐蝕作為主要的耐蝕性能依據(jù)，在特殊情況下才考慮某些抗局部腐蝕的性能晶間腐蝕晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中，沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞現(xiàn)象。受這種腐蝕的設(shè)備或零件，有時(shí)從外表看仍是完好光亮，但由于晶金屬腐蝕粒之間的結(jié)合力被破壞，材料幾乎喪失了強(qiáng)度，嚴(yán)重者會(huì)失去金屬聲音，輕輕敲擊便成為粉末點(diǎn)蝕又稱(chēng)坑蝕和小孔腐蝕。點(diǎn)蝕有大有小，一般情況下，點(diǎn)蝕的深度要比其直徑大的多。點(diǎn)蝕經(jīng)常發(fā)生在表面有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬上。由于金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子（如Cl－）時(shí)，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點(diǎn)上，從而使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。一旦這層金屬腐蝕鈍化膜被破壞又缺乏自鈍化能力時(shí)，金屬表面就發(fā)生腐蝕。這是因?yàn)樵诮饘俦砻嫒毕萏幰茁┏鰴C(jī)體金屬，使其呈活化狀態(tài)，而鈍化膜處仍為鈍態(tài)，這樣就形成了活性—鈍性腐蝕電池，由于陽(yáng)極面積比陰極面積小得多，陽(yáng)極電流密度很大，所以腐蝕往深處發(fā)展，金屬表面很快就被腐蝕成小孔，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為點(diǎn)蝕3.2金屬腐蝕的類(lèi)型縫隙腐蝕在電解液中，金屬與金屬或金屬與非金屬表面之間構(gòu)成狹窄的縫隙，縫隙內(nèi)有關(guān)物質(zhì)的移動(dòng)受到了阻滯，形成濃差電池，從而產(chǎn)生局部腐蝕，這種腐蝕被稱(chēng)為縫隙腐蝕?？p隙腐蝕常發(fā)生在設(shè)備中法蘭的連接處，墊圈、襯板、纏繞與金屬重疊處，它可以在不同的金屬和不同的腐蝕介質(zhì)中出現(xiàn)，從而給生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重障礙，甚至發(fā)生破壞事故。對(duì)鈦及鈦合金來(lái)說(shuō)，縫隙腐蝕是最應(yīng)關(guān)注的腐蝕現(xiàn)象。介質(zhì)中，氧氣濃度增加，縫隙腐蝕量增加；PH值減小，陽(yáng)極溶解速度增加，縫隙腐蝕量也增加；活性陰離子的濃度增加，縫隙腐蝕敏感性升高。但是，某些含氧陰離子的增加會(huì)減小縫隙腐蝕量應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生有兩個(gè)基本條件：一是材料對(duì)介質(zhì)具有一定的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性；二是存在足夠高的拉應(yīng)力。導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的應(yīng)力可以來(lái)自工作應(yīng)力，也可以來(lái)自制造過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂事故中，由殘余應(yīng)力所引起的占80%以上，而由工作應(yīng)力引起的則不足20%.應(yīng)力腐蝕過(guò)程一般可分為三個(gè)階段。第一階段為孕育期，在這一階段內(nèi)，因腐蝕過(guò)程局部化和拉應(yīng)力作用的結(jié)果，使裂紋生核；第二階段為腐蝕裂紋發(fā)展時(shí)期，當(dāng)裂紋生核后，在腐蝕介質(zhì)和金屬中拉應(yīng)力的共同作用下，裂紋擴(kuò)展；第三階段中，由于拉應(yīng)力的局部集中，裂紋急劇生長(zhǎng)導(dǎo)致零件的破壞.在發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂時(shí)，并不發(fā)生明顯的均勻腐蝕，甚至腐蝕產(chǎn)物極少，有時(shí)肉眼也難以發(fā)現(xiàn)，因此，應(yīng)力腐蝕是一種非常危險(xiǎn)的破壞3.3氯離子對(duì)奧氏體不銹鋼腐蝕的危害氯離子半徑小,穿透能力強(qiáng),并且有很強(qiáng)的可被金屬吸附的能力,它們優(yōu)先被金屬吸附,并從金屬表面把氧排掉。因?yàn)檠鯖Q定著金屬的鈍化狀