河海大學(xué)工程材料不銹鋼.ppt

1、2020年11月5日星期四,1,工 程 材 料 A,第五章 不 銹 鋼 機電工程學(xué)院,2020年11月5日星期四,2,第五章不銹鋼,1 概述 2 金屬腐蝕 3 不銹鋼合金化原理 4 不銹鋼種類與特點,2020年11月5日星期四,3,5.1 概述,第五章 不銹鋼,特殊性能鋼是指以某些特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能為主的鋼種，其類型很多，在工程上常用的主要有: 不銹鋼 耐熱鋼 耐磨鋼 低溫鋼,2020年11月5日星期四,4,5.1 概述,不銹鋼：具有抗腐蝕性能的鋼種 分類：不銹鋼（耐大氣、蒸汽和水等弱腐蝕介質(zhì)） 耐酸鋼（耐酸、堿、鹽等強腐蝕介質(zhì)腐蝕） 用途：化工、石油、衛(wèi)生、食品、建筑、航空、原子能等行

2、業(yè)。 失效形式：腐蝕,第五章 不銹鋼,2020年11月5日星期四,5,5.1 概述,不銹鋼按其正火組織不同分類： 馬氏體型； 鐵素體型； 奧氏體型； A-F雙相型； 沉淀硬化型； (奧氏體型不銹鋼約占不銹鋼總產(chǎn)量的70),第五章 不銹鋼,2020年11月5日星期四,6,5.2 金屬腐蝕,一、金屬腐蝕過程 1、腐蝕 介質(zhì)作用下金屬破壞現(xiàn)象 2、種類 化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕 3、鈍化 表面形成致密氧化膜,第五章 不銹鋼,2020年11月5日星期四,7,5.2 金屬腐蝕,“多相”易腐蝕，單相不易腐蝕 兩相若電極電位接近耐腐蝕(Cr、Ni提高基體電極電位) 表面致密的氧化膜也耐腐蝕(Al2O3、Cr2O

3、3),第五章 不銹鋼,2020年11月5日星期四,8,5.2 金屬腐蝕,二、腐蝕種類 1、一般腐蝕：金屬表面大面積均勻腐蝕 2、晶界腐蝕：沿晶界腐蝕，降強度；晶界和晶內(nèi)成分或應(yīng)力差別，造成電勢差。 3、應(yīng)力腐蝕：腐蝕介質(zhì)及拉應(yīng)力作用破裂，沿晶或穿晶脆斷 4、點腐蝕：金屬局域表面腐蝕，縱深發(fā)展穿裂金屬 5、腐蝕疲勞：腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力作用，腐蝕坑+裂紋， 防止腐蝕措施： 1、單一相；2、鈍化層；3、減少電位差,第五章 不銹鋼,5.2 金屬腐蝕,2020年11月5日星期四,9,鋼腐蝕：基體電極電勢低，產(chǎn)生微電池陽極效應(yīng)引起。 防腐途徑： 1、提高金屬基體電極電位（加Cr）； 2、金屬表面易于鈍化；

4、 3、單相組織，均勻成分和純度。,第五章 不銹鋼,5.3 不銹鋼的合金化原理,2020年11月5日星期四,10,一、不銹鋼鈍化 鈍化：金屬表面在特殊介質(zhì)中表面失去活性的現(xiàn)象。 實質(zhì)：改變金屬表面狀態(tài)，電極電位提高。 鈍化機理： A、氧化膜生成，且致密，降低金屬的溶解速率，電極反應(yīng)（陽極反應(yīng)）受阻，金屬的穩(wěn)定性提高； B、鈍化膜下面的及膜表面有氧吸附，吸附的氧能飽和金屬表面原子的未飽和位，產(chǎn)生鈍化，化學(xué)反應(yīng)速率降低。,第五章 不銹鋼,5.3 不銹鋼的合金化原理,2020年11月5日星期四,11,合金元素Cr、Al、Si等加入： 1、鋼表面生成致密鈍化膜，Cr2O3、Al2O3、SiO2，防腐；

5、2、Mo、Cu等元素加入加劇鈍化效果，提高抗鋼氧化性和耐蝕性。,第五章 不銹鋼,5.3 不銹鋼的合金化原理,2020年11月5日星期四,12,二、合金元素對鐵的電極電勢影響 1、Cr元素加入形成固溶體時，提高其電極電位，有一定加入量要求，產(chǎn)生電勢突變； n/8規(guī)律 2、最低含Cr量：11.7%。鋼中有C，形成碳化物，即加Cr量最小為13%。,第五章 不銹鋼,5.3 不銹鋼的合金化原理,2020年11月5日星期四,13,三、合金元素對不銹鋼基體組織的影響 Me與Fe的相互作用的特點分類 A形成元素：C、N、Cu、Mn、Ni等； F形成元素：Cr、Si、Ti、Nb、Mo等。 說明： A、Cr-Ni

6、復(fù)合18%Cr-8%Ni，降單一元素含量，Ni30%，若節(jié)約Ni，加Mn、N等替代 B、C作用大，擴大A區(qū)，形成碳化物，減低耐腐蝕性 對鋼有硬度和耐腐蝕性要求時加大含量 C、改善不銹鋼切削性能，加入少量S、P元素 D、RE有一定作用,第五章 不銹鋼,5.3 不銹鋼的合金化原理,2020年11月5日星期四,14,中國的不銹鋼的分類和發(fā)展,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,15,不銹鋼按其正火組織不同分類： 馬氏體型；鐵素體型；奧氏體型；雙相型；沉淀硬化型；,5.4 不銹鋼種類和特點,第五章 不銹鋼,一、馬氏體不銹鋼 典型鋼種： 1Cr134Cr13、9Cr18

7、 特性：在氧化性氣氛中，如大氣、海水、氧化性酸，耐蝕性較好；在菲氧化性氣氛中，如強酸、堿中，耐蝕性很低。,2020年11月5日星期四,16,化學(xué)成分 牌號（含義） 熱處理工藝 淬火+回火 機械性能 用途,5.4 不銹鋼種類和特點,第五章 不銹鋼,2020年11月5日星期四,17,說明： 1、1Cr13：低碳，不預(yù)熱可彎曲、焊接，卷邊等；2Cr13：焊接預(yù)熱，冷變形不預(yù)熱； 2、M不銹鋼：酸性介質(zhì)中氫脆斷裂；中性介質(zhì)陽極溶解造成應(yīng)力腐蝕開裂；同時提供冶煉質(zhì)量（提高純度、降夾雜物含量等）； 3、M中含Cr，淬透性好，鍛后緩冷，防形成M； 工件獲得M后，高溫回火，降硬度便于機加工； 4、M不銹鋼，淬

8、火后通常高溫回火；高硬度、耐磨性場合，低溫回火； 5、M不銹鋼有回火脆性，回火后快冷；400-600回火易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂。,5.4 不銹鋼種類和特點,第五章 不銹鋼,2020年11月5日星期四,18,二、鐵素體不銹鋼： 碳0.25%、Cr1330，耐蝕性優(yōu)于馬氏體鋼。 Cr鐵素體形成元素，此類鋼從室溫到高溫(1000左右)均為單相鐵素體； 性能：塑性加工、切削加工和焊接性較優(yōu)。 用途：對耐蝕性和抗氧化性有較高要求的零件，如耐硝酸、磷酸結(jié)構(gòu)和抗氧化結(jié)構(gòu)。 常見：0Cr13、1Cr17、1Cr28等。,5.4 不銹鋼種類和特點,第五章 不銹鋼,2020年11月5日星期四,19,化學(xué)成分 類型 C

9、r17、Cr25、Cr28型 牌號（含義） 熱處理工藝 固溶處理+回火 或退火+快冷,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,20,鐵素體不銹鋼的缺點：韌性低、脆性大 原因： 1、無相變，晶粒粗大，控鍛溫度，加Ti抑制 2、475 脆性400-525長時間加熱或此區(qū)間緩冷，塑韌性下降，強度升高 機理：F中Cr有序化，富Cr的BCC相生成，與基體共格，點陣畸變，內(nèi)應(yīng)力增加；Ti、Nb、Mo、Si加強，Ni降低其傾向 消除：700-800 加熱，快冷通過即可 3、相脆性 -550-850區(qū)間長時間停留，F(xiàn)中析出相；Mn、Si、W、V、Al促進(jìn)產(chǎn)生 相：FeCr生成，其

10、體積畸變，晶界分布；造成材料脆性、晶界腐蝕 消除：加熱到820以上，溶解后快冷,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,21,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,三、奧氏體不銹鋼： 在Cr18Ni8(18-8)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，低碳(0.12)、高鉻(1725)和較高鎳(829) ； 性能：具有最佳的耐蝕性（價高）；優(yōu)良的低溫韌性、高的加工硬化能力、耐熱性和無磁性，其冷塑性加工性和焊接性能較好。 以Cr18Ni8普通型奧氏體不銹鋼用量最大,2020年11月5日星期四,22,5.4 不銹鋼種類和特點,第五章 不銹鋼,用途：制造生產(chǎn)酸類的化工設(shè)備，低溫設(shè)備構(gòu)件

11、冷變形后的不銹鋼零件（發(fā)條等）,化學(xué)成分 類型 Cr18-Ni8型 牌號(含義):1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti及0Cr18Ni9等 熱處理工藝 固溶處理(單相)、穩(wěn)定化處理、去應(yīng)力處理,2020年11月5日星期四,23,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,奧氏體不銹鋼的成分、性能和熱處理,2020年11月5日星期四,24,奧氏體不銹鋼的成分、性能和熱處理 （續(xù)）,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,25,熱處理工藝： A、固溶處理10601150保溫水淬，熔碳化物于A中，提高耐蝕性 B、穩(wěn)定化處理-固溶處理后進(jìn)行，應(yīng)用于含Ti、Nb的18-8鋼

12、；加熱850-880保溫空冷，熔Cr化物，保留Ti化物，消除晶界腐蝕 C、去應(yīng)力處理-鋼焊接或冷變形的殘余應(yīng)力，加熱300-350回火，不含Ti、Nb元素鋼穩(wěn)定小于450 ，防析出Cr化物，晶界腐蝕,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,26,奧氏體不銹鋼抗均勻腐蝕性能良好， 但抗局部腐蝕方面問題： 1、A不銹鋼晶界腐蝕 450-850 保溫或緩冷，晶界腐蝕，C%高嚴(yán)重 機理：晶界析出Cr23C6，周邊基體貧Cr，產(chǎn)生腐蝕電池。 措施： A、降低C%，防析出Cr化物 B、加Ti、Nb，與C析出化合物，防止Cr化物析出 C、調(diào)整合金元素形成A+F組織 D、改變熱處

13、理工藝（前述）,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,27,奧氏體不銹鋼抗均勻腐蝕性能良好， 但抗局部腐蝕方面問題： 2、A不銹鋼的應(yīng)力腐蝕 應(yīng)力與腐蝕綜合作用下的材料開裂，簡稱SCC 易在含Cl離子腐蝕介質(zhì)中產(chǎn)生 措施： 加入Si元素，降低P、Sb、Bi、Pb等含量 3、A不銹鋼的點腐蝕 在酸性介質(zhì)或堿性介質(zhì)中腐蝕,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,28,奧氏體不銹鋼抗均勻腐蝕性能良好， 但抗局部腐蝕方面問題： 3、A不銹鋼的點腐蝕 機理：陰離子Cl在氧化膜上吸附后離子穿過鈍化膜所致； 措施：均勻成分、組織，減少夾雜物數(shù)量；

14、 合金化加Cr、Mo、N等元素，主加Mo元素 主加Mo原因元素：Mo與Cl形成MoCl2化合物保護(hù)膜，防止Cl離子穿過鈍化膜,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,29,奧氏體不銹鋼抗均勻腐蝕性能良好， 但抗局部腐蝕方面問題： 4、A不銹鋼的形變強化 良好的冷變形性能，大量變形強度提高 原因：冷作硬化，形變誘發(fā)M轉(zhuǎn)變 冷變形熱處理工藝： 形變后再結(jié)晶溫度隨變形量而改變， 如60%變形，再結(jié)晶溫度650 ,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,30,四、奧氏體鐵素體雙相不銹鋼 成分： A不銹鋼基礎(chǔ)上，增加Cr含量，減少Ni含量，并固

15、溶處理得A+F雙相組織 典型鋼：0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、0Cr21Ni6Mn2Ti 特點：焊接性較好，焊后不需熱處理，晶界腐蝕、 應(yīng)力腐蝕傾向小 因含Cr高，易形成相,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,31,五、沉淀硬化不銹鋼（超高強度鋼） 種類： 1、Cr18Ni9基礎(chǔ)上發(fā)展的A+M沉淀硬化不銹鋼 2、Cr13基礎(chǔ)上發(fā)展的低碳M沉淀硬化不銹鋼 特點： 均為形成低碳M組織+時效處理（沉淀硬化）所得的超高強度鋼 應(yīng)用：良好焊接性，宇航和航空技術(shù)上使用,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,32,牌 號 和 化

16、 學(xué) 成 分,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,33,1、A+M沉淀硬化不銹鋼 成分：低C、A組織不穩(wěn)定、良好加工性能、Ms略高、A組織不穩(wěn)定部分轉(zhuǎn)變M，再時效處理析出金屬間化合物強化 元素：Al、Ti、Mo和Ni、Mn、Cu 熱處理： A、兩次時效： 1050 固溶+750 *1.5h（控Ms點）得M+510-560 *0.5h時效析出,第五章 不銹鋼,5.4 不銹鋼種類和特點,2020年11月5日星期四,34,B、冷處理加時效 1050固溶+950*1.5h（控Ms點）得部分M+-73*8h冷處理 +510*1h時效析出 C、冷加工加時效 1050固溶+室溫冷塑性變形獲得M+450*