不銹鋼使用性能基礎(chǔ)

1、不銹鋼使用性能基礎(chǔ)不銹鋼性能一、不銹鋼的定義和種類二、常見不銹鋼的基本特性三、不銹鋼的三大使用性能（一） 焊接性能（二） 耐腐蝕性能（三） 沖壓性能一、不銹鋼的定義和種類冶金學(xué)定義含鉻量大于12%，并且以耐腐蝕為主要使用性能的鐵基合金。分類方法按組織區(qū)分不銹鋼的種類主要有：奧氏體不銹鋼 - SUS304 SUS316 SUS316L 無磁性，加工硬化明顯，冷加工變形后帶有磁性鐵素體不銹鋼 - SUS430 SUH409L 鐵素體，有磁性，加工硬化不明顯馬氏體不銹鋼- SUS420J2 出廠時(shí)為鐵素體，有磁性雙相不銹鋼（奧氏體、鐵素體） JISG4305-1999標(biāo)準(zhǔn)對(duì)成分和機(jī)械性能的規(guī)定值JI

2、SG4305-1999 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)成分和機(jī)械性能的規(guī)定值主要化學(xué)成分主要機(jī)械性能CSiMnPSNiCr其它YSTSELHV鋼種%N/mm2%HV3040.081.002.000.0450.0308.0010.518-20205520402004300.120.751.000.0400.030-16-18205450222003160.081.002.000.0450.03010.014.016-18Mo2.0-3.020552040200316L0.031.002.000.0400.03012.015.016-18Mo2.0-3.017548040200420J20.260.401.001.000

3、.0400.030-12-14225540182473210.081.002.000.0450.0309.013.017-19Ti5xC%20552040200409L0.031.001.000.0400.030-10.511.7Ti6xC%19536025170二、不銹鋼特性界限深沖比：不發(fā)生時(shí)效開裂的落片直徑(a)/沖頭直徑(b)的最大值1.機(jī)械性能鋼種SUS316L SUS321 SUS304SUS304CuSUS430SUH409LSUS420J2金屬組織奧氏體鐵素體鐵素體馬氏體EL57585857303729YS260255290290330230400TS5506206606305

4、10400660HV142 159166158160123196埃值12.1mm8.9mm深沖比2.252.5機(jī)械性能其它淬火處理：350650Hv2 使用上的特性比較鋼種SUS316LSUS321SUS304SUS304（Cu）SUS430SUH409LSUS420J2磁性無無無無有有有淬火硬化性無無無無有無有加工硬化 = = =基體耐蝕 = = =間隙腐蝕有有有有有有有應(yīng)力腐蝕有(小)有(小)有有無無無晶界腐蝕無無有有有無有耐蝕時(shí)效開裂有(小)有(小)有有無無無焊接性 = = = = 熱膨脹 = = = = =三、不銹鋼的使用性能（一） 焊接性能（二） 耐腐蝕性能（三） 沖壓性能（一）焊接

5、性能 典型不銹鋼的物理常數(shù)鋼種組織電阻系數(shù)（20）/cm導(dǎo)熱系數(shù)（100）熱膨脹系數(shù)（01000）10-6融化溫度范圍（）304A720.05020.114001450321A720.05220.114001427316A740.05020.013761400430F600.06213.114821510420M570.05913.714821532低碳鋼170.14414.814921520不銹鋼的物理性能特點(diǎn)1、電阻系數(shù)大 發(fā)熱量高2、導(dǎo)熱系數(shù)小 熱量不易傳遞3、奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)大 體積 變化程度大不銹鋼的焊接特性引起焊區(qū)變形不均和晶粒粗大引起熱裂紋不銹鋼焊接加工后，在焊接熱影響區(qū)

6、內(nèi)容易引發(fā)晶間腐蝕。晶間腐蝕原理 敏化 不銹鋼焊接加工過程中，在焊接熱影響區(qū)內(nèi)溫度處于敏化溫度區(qū)間時(shí)，碳與基體中的鉻形成碳化物Cr23C6，分布在晶界上，使晶界成網(wǎng)狀，基體中大量的鉻集中到Cr23C6中，由于焊接時(shí)間短，遠(yuǎn)處的鉻來不及向這里擴(kuò)散，造成焊縫區(qū)域基體局部貧鉻，難以鈍化，耐蝕性明顯下降，于是在相應(yīng)的腐蝕環(huán)境中優(yōu)先被腐蝕 。SUS304的敏化溫度范圍450-850SUS430的敏化溫度范圍850以上 敏化示意圖 不銹鋼焊接防范措施焊接規(guī)范要小于普碳鋼，電流量約為低碳鋼的80%盡可能使用較快的焊接速度焊接時(shí)要選擇合適的焊接材料材料的表面必修在焊接之前和焊接后進(jìn)行清理（二）耐腐蝕性能不銹鋼

7、只是耐腐蝕鋼，不是完全意義上的不銹，到目前為止沒有發(fā)明在任何條件下均不腐蝕的鋼。因此具體的鋼種是適應(yīng)具體的使用環(huán)境的。腐蝕分類:金屬腐蝕的形式有多種分類方法：按作用的性質(zhì)分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。按腐蝕形態(tài)可分為一般（全面、均勻）腐蝕和局部腐蝕。常見的局部腐蝕有晶間腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕等。 不銹鋼的耐腐蝕原理加入合金元素Cr、Ni等提高基體金屬的電極電位，減少微電池的數(shù)量，可有效地提高鋼的耐蝕性。在鋼中加入合金元素使鋼的表面形成結(jié)構(gòu)致密、不溶入腐蝕介質(zhì)、電阻又高的保護(hù)膜，亦能顯著提高鋼的耐蝕性。保護(hù)膜非常細(xì)密、柔軟、穩(wěn)定，成分主要是Cr2O3，厚度16nm。常見的不銹鋼局部腐蝕1、點(diǎn)

8、蝕2、縫隙腐蝕3、晶間腐蝕4、應(yīng)力腐蝕 1、點(diǎn)蝕1）特點(diǎn) 發(fā)生場(chǎng)所沒有規(guī)律，一般情況下點(diǎn)蝕的深度要比其直徑大的多。2）發(fā)生原理介質(zhì)中存在活性陰離子（CI-）時(shí)，陰離子吸附在金屬表面某些點(diǎn)上，使表面鈍化膜發(fā)生破壞。鋼中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，表面鈍化膜破壞后，在表面缺陷處顯露基體金屬，基體金屬呈活化態(tài)，發(fā)生腐蝕。 點(diǎn)蝕零件圖 3）影響點(diǎn)蝕的因素 環(huán)境因素點(diǎn)蝕通常發(fā)生在含有鹵素陰離子的溶液中；溶液靜止?fàn)顟B(tài)比流動(dòng)狀態(tài)容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕；溶液的PH值增加，點(diǎn)腐蝕傾向會(huì)顯著的減少；升高溫度會(huì)加劇點(diǎn)腐蝕。合金元素的影響添加鉬元素能使鈍化膜更致密牢固鉻含量增加可提高鋼的鈍化膜修復(fù)能力冷軋工藝的影響適當(dāng)

9、的固溶處理可以預(yù)防碳化物析出，減少點(diǎn)蝕的發(fā)生數(shù)目；光滑的表面比粗糙的表面更不容易發(fā)生腐蝕。 3）防止點(diǎn)蝕的途徑選用耐點(diǎn)蝕的材料，鋼中添加鉬并提高鉻含量。減少溶液中鹵素離子的濃度，并避免溶液的局部濃縮。攪拌溶液，使溶液不處于靜止。提高溶液的PH值。降低介質(zhì)的溫度。采用電化學(xué)保護(hù)措施。 電化學(xué)保護(hù) 陽極保護(hù) 加陽極電流法 促使陽極鈍化 電化學(xué)防護(hù)法 加陰極電流法 促使陰極極化 陰極保護(hù) 犧牲陽極法 犧牲陽極防護(hù)法事例 2、縫隙腐蝕 1）特點(diǎn) 發(fā)生場(chǎng)所一般位于工件上的連接處。2）發(fā)生原理工件縫隙內(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。 縫隙腐蝕事例 3）影響縫隙腐蝕的因素幾何形狀的

10、影響幾何形狀是重要影響因素，間隙的深度寬度以及內(nèi)外面積比決定著氧氣進(jìn)入縫隙的程度、電位的變化。環(huán)境因素的影響密閉系統(tǒng)中隨著溫度升高，縫隙腐蝕量增加；PH值減少，縫隙腐蝕量增大；CI-離子濃度增大，縫隙腐蝕敏感性升高。 4）防止縫隙腐蝕的途徑選用耐縫隙腐蝕的材料可選用含鉬的不銹鋼合理的設(shè)計(jì)方案盡量避免有縫隙的設(shè)計(jì)，或使縫隙盡量敞開。盡可能避免采用金屬與非金屬的聯(lián)接件。增加液體流量 ，避免雜質(zhì)沉積。采用電化學(xué)保護(hù)措施。 3、應(yīng)力腐蝕1）特點(diǎn) 表現(xiàn)為加工后的制品經(jīng)過一段時(shí)間發(fā)生開裂，即引發(fā)時(shí)效開裂問題。2）發(fā)生條件 金屬本身對(duì)應(yīng)力腐蝕具有敏感性 存在能引起該金屬發(fā)生應(yīng)力腐蝕的介質(zhì) 工件存在殘余拉應(yīng)力

11、應(yīng)力腐蝕事例 2）影響應(yīng)力腐蝕的因素氯離子濃度的影響氯離子濃度升高，應(yīng)力腐蝕所需要的時(shí)間縮短。介質(zhì)溫度的影響一般認(rèn)為，溫度升高易發(fā)生應(yīng)力腐蝕。合金元素的影響鋼中的氮、磷等元素會(huì)降低不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕破裂能力。殘余應(yīng)力的影響殘余應(yīng)力大，容易引發(fā)應(yīng)力腐蝕開裂。3）防止應(yīng)力腐蝕的途徑正確選用材料避免使用對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感的材料。合理設(shè)計(jì)避免加工程度過大，殘余應(yīng)力大或應(yīng)力集中。注意使用條件避免表面積存腐蝕介質(zhì)，尤其是要避免氯離子的局部濃縮 。4、晶間腐蝕1）腐蝕原理 敏化 不銹鋼焊接加工過程中，在焊接熱影響區(qū)內(nèi)溫度處于敏化溫度區(qū)間時(shí)，碳與基體中的鉻形成碳化物Cr23C6，分布在晶界上，使晶界成網(wǎng)狀，基體中

12、大量的鉻集中到Cr23C6中，由于焊接時(shí)間短，遠(yuǎn)處的鉻來不及向這里擴(kuò)散，造成焊縫區(qū)域基體局部貧鉻，難以鈍化，耐蝕性明顯下降，于是在相應(yīng)的腐蝕環(huán)境中優(yōu)先被腐蝕 。SUS304的敏化溫度范圍450-850SUS430的敏化溫度范圍是850以上晶間腐蝕現(xiàn)象與原理受到這種腐蝕破壞的零件，有時(shí)候外表仍是光亮完好的，但由于晶粒之間的結(jié)合力喪失，材料的強(qiáng)度已基本喪失，嚴(yán)重的會(huì)喪失金屬聲音，輕擊會(huì)成為粉末。2）影響晶間腐蝕的因素鉻元素含量增大，可以降低晶間腐蝕敏感性。鈦和鈮與碳的親和力強(qiáng)，可以避免鉻與碳結(jié)合，從而減少晶間貧鉻區(qū)的產(chǎn)生。碳、氮、磷、硅等元素的存在對(duì)材料耐晶間腐蝕都是不利的。熱處理制度的影響，要避

13、免在敏化溫度區(qū)間停留時(shí)間過長(zhǎng)，造成鉻的碳化物析出。3）防止晶間腐蝕的途徑提高材料的純度，去除碳、氮、磷、硅等有害微量元素。加入穩(wěn)定化元素鈦和鈮。采用適當(dāng)?shù)臒崽幚碇贫?，預(yù)防晶界析出碳化物 (三)沖壓性能1 1、主要沖壓工藝介紹、主要沖壓工藝介紹2 2、材料的基本沖壓成形性能、材料的基本沖壓成形性能 1 1、主要沖壓工藝介紹、主要沖壓工藝介紹 彎曲加工彎曲加工 拉深加工拉深加工 基本沖壓工藝基本沖壓工藝 脹形加工脹形加工 擴(kuò)孔加工擴(kuò)孔加工彎曲工藝示意圖彎曲工藝示意圖拉深工藝示意圖工藝示意圖拉深應(yīng)力應(yīng)變圖拉深應(yīng)力應(yīng)變圖脹形工藝示意圖脹形工藝示意圖翻邊工藝示意圖翻邊工藝示意圖翻邊零件示意圖翻邊零件示意

14、圖 2、材料的基本沖壓性能1）. 屈服強(qiáng)度（0.2） 2）. 抗拉強(qiáng)度（b）3）. 屈強(qiáng)比（0.2/b）4）. 延伸率5）. 應(yīng)變硬化指數(shù)（n）6）. 塑性應(yīng)變比（R）和材料的各向異性7）. 奧氏體平衡系數(shù)A(BAL)8）. 馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)Md(30/50)9）.晶粒度（N）1） 屈服強(qiáng)度（0.2）0.2=P0.2/F0 P0.2拉伸試樣塑性變形量為0.2%時(shí)承受的載荷 F0 拉伸試樣的原始截面積屈服強(qiáng)度小，成形后回彈小，貼模性和定形性好。2） 抗拉強(qiáng)度（b）b=Pb/F0 Pb拉伸試樣斷裂前承受的最大載荷 F0拉伸試樣的原始截面積抗拉強(qiáng)度大，材料不容易被拉斷，有利塑性變形。3） 屈強(qiáng)比（0.2

15、/b）屈強(qiáng)比對(duì)材料沖壓成形性能影響較大。屈強(qiáng)比小，板料由屈服到破裂的塑性變形階段長(zhǎng)，有利于沖壓成形。一般來講，較小的屈強(qiáng)比對(duì)板料在各種成形工藝中的抗破裂性都有利。4） 延伸率 =（L-L0）/L0 X 100% 材料從發(fā)生塑性變形到斷裂的總的伸長(zhǎng)能力，延伸率大，板料允許的塑性變形程度大，抗破裂性較好，對(duì)拉深、彎曲、脹形都有利。5） 應(yīng)變硬化指數(shù)（n） 應(yīng)變硬化指數(shù)與材料的沖壓成形性能十分密切。 n值大，不僅能提高板料的局部應(yīng)變能力，而且能使應(yīng)變分布趨于均勻化，提高板料成形時(shí)的總體成形極限。 通常認(rèn)為，材料的應(yīng)變硬化指數(shù)越大，抗破裂性越強(qiáng)，尤其對(duì)脹形成形性能最有利。 n值對(duì)材料性能的影響 6）

16、塑性應(yīng)變比 和材料的各向異性R塑性應(yīng)變比是單向拉伸試樣的寬度應(yīng)變和厚度應(yīng)變的比值，公式： 材料沿軋制方向取向不同R值也不同， 的計(jì)算公式為： =（R0+R90+2R45）/400lnlnttbbRtbRR 冷軋工藝對(duì) 的影響R 塑性應(yīng)變比 的意義 值對(duì)拉深成形性能影響很大，材料的極限拉深比主要取決于 值， 值大，拉深毛坯的徑向收縮時(shí)不容易起皺，流動(dòng)性好，有利于板料的拉深成形性能。 RRRR材料的各向異性 材料沿軋制方向取向不同R值也不同，導(dǎo)致材料具有各向異性。 R=（R0+R90-2R45）/2 材料的各向異性導(dǎo)致拉深件產(chǎn)生凸耳現(xiàn)象。 凸耳現(xiàn)象產(chǎn)生凸耳的原因是毛坯的各向異性，是材料不同角度上R

17、值不同造成的。一般來說加工后的圓形制品有4個(gè)凸耳，R值低的角度方向，筒壁高度較低；R值高的角度方向，筒壁高度較高。 冷軋工藝對(duì)各向異性的影響7）奧氏體平衡系數(shù)A(BAL)A(BAL)=30（C+N）+0.5Mn+Ni-1.3Cr+11.8A值越小，奧氏體越不穩(wěn)定8) 馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)Md(30/50)Md(30/50)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo指30%的冷變形后生成50%馬氏體的溫度.Md(30/50)越低，馬氏體不易產(chǎn)生。9) 晶粒度（N）晶粒度級(jí)別越高，材料的晶粒就越細(xì)。晶粒較大時(shí)，材料的延伸率大，強(qiáng)度低。但晶粒太大時(shí)，材料表面易出現(xiàn)“桔皮”現(xiàn)象。晶粒較細(xì)時(shí)，延伸率低，材料的強(qiáng)度高，屈強(qiáng)比會(huì)增大，不利于成形。 晶粒度與材料性能的關(guān)系五、化學(xué)成分對(duì)沖壓性能的影響五、化學(xué)成分對(duì)沖壓性能的影響奧氏體形成元素：奧氏體形成元素：NiNi、MnMn、C C、N N鐵素體形成元素：鐵素體形成元素：CrCr、MoMo、SiSi、TiTi、NbNbA(BAL)=30A(BAL)=30（C+NC+N）+0.5Mo+Ni-1.3Cr+11.8+0.5Mo+