不銹鋼的特性培訓(xùn)資料

1、不銹鋼的特性 培訓(xùn)資料不銹鋼的發(fā)展是因?yàn)橛衅渥陨淼奶匦裕?而特性滿足了需 要。不銹鋼的最重要的特性是耐蝕性能，但是又絕不是僅僅 具有耐蝕性能，而且還具有特有的力學(xué)性能（屈服強(qiáng)度、抗 拉強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、低溫強(qiáng)度等） 、物理性能（密 度、比熱容、線膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、電阻率、磁導(dǎo)率、彈 性系數(shù)等）、工藝性能（成形性能、焊接性能、切削性能等） 以及金相組織（相組成、組織結(jié)構(gòu)等）等。這些性能構(gòu)成了 不銹鋼的特性，下面僅就其中一些最基本的特性進(jìn)行簡要的 介紹。1.1 力學(xué)性能1.1.1 強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度）不銹鋼的強(qiáng)度由各種因素來確定， 但最重要和最基本的 因素是其中添加的不同化學(xué)元素，

2、主要是金屬元素。不同類 型的不銹鋼由于其化學(xué)成份的差異，就有不同的強(qiáng)度特性。（ 1） 馬氏體型不銹鋼馬氏體型不銹鋼與普通合金鋼一樣具有通過淬火實(shí)現(xiàn)硬化 的特性，因此可通過選擇牌號(hào)及熱處理?xiàng)l件來得到較大范圍 的不同的力學(xué)性能。馬氏體型不銹鋼從大的方面來區(qū)分，屬于鐵-鉻 -碳系不銹鋼。進(jìn)而可區(qū)分為馬氏體鉻系不銹鋼和馬氏體鉻鎳系不銹 鋼。在馬氏體鉻系不銹鋼中添加鉻、碳和鉬等元素時(shí)強(qiáng)度的 變化趨勢和在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中添加鎳的強(qiáng)度特性如 下所述。馬氏體鉻系不銹鋼在淬火 -回火條件下， 增加鉻的含量可 使鐵素體含量增加，因而會(huì)降低硬度和抗拉強(qiáng)度。低碳馬氏 體鉻不銹鋼在退火條件下，當(dāng)鉻含量增加時(shí)硬度有所

3、提高， 而延伸率略有下降。在鉻含量一定的條件下，碳含量的增加 使鋼在淬火后的硬度也隨之增加，而塑性降低。添加鉬的主 要目的是提高鋼強(qiáng)度、硬度及二次硬化效果。在進(jìn)行低溫淬 火后，鉬的添加效果十分明顯。含量通常小于1%。在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中，含一定量的鎳可降低鋼中的3鐵素體含量，使鋼得到最大硬度值。馬氏體型不銹鋼的化學(xué)成份特征是，在0.1%1.0%C,12%- 27%Cr的不同成份組合基礎(chǔ)上添加鉬、鎢、釩和 鈮等元素。由于組織結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)，因而在高溫下強(qiáng) 度急劇下降。而在 600 C以下，高溫強(qiáng)度在各類不銹鋼中最 高，蠕變強(qiáng)度也最高。（2）鐵素體型不銹鋼據(jù)研究結(jié)果，鉻含量小于 25%時(shí)鐵素

4、體組織會(huì)抑制馬氏體組織的形成，因而隨鉻含量的增加其強(qiáng)度下降；高于25%時(shí)由于合金的固溶強(qiáng)化作用，強(qiáng)度略有提高。鉬含量的增加可使其更易獲得鐵素體組織，可促進(jìn)a相、6相和x相的析出，并經(jīng)固溶強(qiáng)化后其強(qiáng)度提高。但同時(shí)也提高了缺口敏 感性，從而使韌性降低。鉬提高鐵素體型不銹鋼強(qiáng)度的作用 大于鉻的作用。鐵素體型不銹鋼的化學(xué)成份特征是含11%30%C,其中添加鈮和鈦。其高溫強(qiáng)度在各類不銹鋼中是最低的，但對熱疲 勞的抗力最強(qiáng)。（3）奧氏體型不銹鋼奧氏體型不銹鋼中增加碳的含量后，由于其固溶強(qiáng)化作用 使強(qiáng)度得到提高。奧氏體型不銹鋼的化學(xué)成份特征是以鉻、鎳為基礎(chǔ)添加 鉬、鎢、鈮和鈦等元素。由于其組織為面心立方結(jié)構(gòu)

5、，因而 在高溫下有高的強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。還由于線膨脹系數(shù)大，因 此比鐵素體型不銹鋼熱疲勞強(qiáng)度差。（4）雙相不銹鋼對鉻含量約為避免 25%的雙相不銹鋼的力學(xué)性能研究表明，在a +丫雙相區(qū)內(nèi)鎳含量增加時(shí)Y相也增加。當(dāng)鋼中的 鉻含量為 5%時(shí)，鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到最高值； 但鎳含量為 10% 時(shí)，鋼的強(qiáng)度達(dá)到最大值。1.1.2 蠕變強(qiáng)度由于外力的作用隨時(shí)間的增加而發(fā)生變形的現(xiàn)象稱之為蠕 變。在一定溫度下特別是在高溫下、載荷越大則發(fā)生蠕變的 速度越快；在一定載荷下，溫度越高和時(shí)間越長則發(fā)生蠕變 的可能性越大。與此相反，溫度越低蠕變速度越慢，在低至 一定溫度時(shí)蠕變就不成問題了。這個(gè)最低溫度依鋼種而異， 般來說

6、純鐵在330 C左右，而不銹鋼則因已米取各種措施 進(jìn)行了強(qiáng)化，所以該溫度是550 C以上。和其他鋼一樣，熔煉方式、脫氧方法、凝固方法、熱處理 和加工等對不銹鋼的蠕變特性有很大的影響。據(jù)介紹，在美 國進(jìn)行的對 18-8 不銹鋼進(jìn)行的蠕變強(qiáng)度試驗(yàn)表明，取自同 一鋼錠同一部位的試料的蠕變斷裂時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差是平均 值的約 11%，而取自不同鋼錠的上、中、下不同部位的試料 的標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均值相差則達(dá)到兩倍之多。又據(jù)在德國進(jìn)行 的試驗(yàn)結(jié)果表明，在 105h 時(shí)間下 0Cr18Ni11Nb 鋼的強(qiáng)度為 小于49Mpa至118Mpa散差很大。1.1.3 疲勞強(qiáng)度 高溫疲勞是指材料在高溫下由于周期反復(fù)變化著的應(yīng)

7、 力的作用而發(fā)生損傷至斷裂的過程。對其進(jìn)行的研究結(jié)果表 明，在某一高溫下， 10 次高溫疲勞強(qiáng)度是該溫度下高溫抗拉 強(qiáng)度的 1/2 。熱疲勞是指在進(jìn)行加熱（膨脹）和冷卻（收縮）的過程 中，當(dāng)溫度發(fā)生變化和受到來自外部的約束力時(shí)，在材料的 內(nèi)部相應(yīng)于其本身的膨脹和收縮變形產(chǎn)生應(yīng)力，并使材料發(fā) 生損傷。當(dāng)快速地反復(fù)加熱和冷卻時(shí)其應(yīng)力就具沖擊性，所 產(chǎn)生的應(yīng)力與通常情況相比更大，此時(shí)有的材料程脆性破 壞。這種現(xiàn)象被稱之為熱沖擊。熱疲勞和熱沖擊是有著相似 之處的現(xiàn)象，但前者主要伴隨大的塑性應(yīng)變，而后者的破壞 主要是脆性破壞。不銹鋼的成份和熱處理?xiàng)l件對高溫疲勞強(qiáng)度有影響。特 別是當(dāng)碳的含量增加時(shí)高溫疲勞

8、強(qiáng)度明顯提高，固溶熱處理 溫度也有顯著的影響。一般來說鐵素體型不銹鋼具有良好的 熱疲勞性能。在奧氏體不銹鋼中，高硅的且再高溫下具有良 好的延伸性的牌號(hào)有著良好的熱疲勞性能。熱膨脹系數(shù)越小、在同一熱周期作用下應(yīng)變量越小、變 形抗力越小和斷裂強(qiáng)度越高，壽命就越長?？梢哉f馬氏體型 不銹鋼 1Cr17 的疲勞壽命最長，而 0Cr19Ni9 、 0Cr23Ni13 和 2Cr25Ni20 等奧氏體型不銹鋼的疲勞壽命最短。另外鑄件較 鍛件更易發(fā)生由于熱疲勞引起的破壞。在室溫下， 107次疲勞強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的 1/2 。與高溫下 的疲勞強(qiáng)度相比可知，從室溫到高溫的溫度范圍內(nèi)疲勞強(qiáng)度 沒有太大的差異。1.1.

9、4 沖擊韌性材料在沖擊載荷作用下，載荷變形曲線所包括的面積稱 為沖擊韌性。對于鑄造馬氏體時(shí)效不銹鋼，當(dāng)鎳含量為 5% 時(shí)其沖擊韌性較低。隨著鎳含量的增加，鋼的強(qiáng)度和韌性可 得到改善，但當(dāng)鎳含量大于8%時(shí)，強(qiáng)度和韌性值又一次下降。在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中添加鉬后，可提高鋼的強(qiáng)度且 可保持韌性不變。在鐵素體型不銹鋼中增加鉬的含量隨可提高強(qiáng)度，但缺 口敏感性也被提高而使韌性下降。在奧氏體型不銹鋼中具有穩(wěn)定奧氏體組織的鉻鎳系奧氏 體不銹鋼的韌性（室溫下韌性和低溫下韌性）非常優(yōu)良，因 而適用于在室溫下和低溫下的各種環(huán)境中使用。對于有穩(wěn)定 奧氏體組織的鉻鎳系奧氏體不銹鋼，添加鎳可進(jìn)一步改善其 韌性。雙相不銹

10、鋼的沖擊韌性隨鎳含量的增加而提高。一般來說，在a +y兩相區(qū)內(nèi)其沖擊韌性穩(wěn)定在160200J的范圍內(nèi)。7.2 工藝性能7.2.1 成形性能不銹鋼的成形性能因鋼種的不同，即結(jié)晶結(jié)構(gòu)的不同而 有很大的差異。如鐵素體型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼的成形 性能由于前者的晶體結(jié)構(gòu)是體心立方，而后者的晶體結(jié)構(gòu)是 面心立方而有顯著的差異。鐵素體不銹鋼的凸緣成形性能與 n 值（加工硬化指數(shù)） 有關(guān)，深沖加工性能與 r 值（塑性應(yīng)變比）有關(guān)。其中 r 值 由不同的生產(chǎn)工藝下的不同的組織集合來決定。采取一些措 施來顯著減少固溶碳和固溶氮，可大大改善 r 值并使深沖性 能得到大幅度的提高。奧氏體型不銹鋼一般來說 n 值較

11、大，在進(jìn)行加工的過程 中由于塑性誘發(fā)相變而生成馬氏體，因而有較大的 n 值和延 伸率，可進(jìn)行深沖加工和凸緣成形。有一部分奧氏體型不銹 鋼在深沖加工后，經(jīng)一段時(shí)間會(huì)產(chǎn)生與沖壓方向相一致的縱 向裂紋，即所謂的“時(shí)效裂紋” 。為此采用高鎳，低氮和低 碳的奧氏體型不銹鋼可避免該缺陷的發(fā)生。奧氏體型不銹鋼中所含的鎳可明顯降低鋼的冷加工硬化 傾向，其原因是可使奧氏體的穩(wěn)定性增加，減少或消除了冷 加工過程中的馬氏體轉(zhuǎn)變，降低了冷加工硬化速率，強(qiáng)度降 低和塑性提高。在雙相不銹鋼中增加鎳的含量可降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度， 從而改善了冷加工變形性能。在評價(jià)不銹鋼鋼板的成形加工性時(shí)，一般以綜合成形性 能來標(biāo)志。該綜合成形

12、性能是由標(biāo)志斷裂極限的抗斷裂性（深沖性能、凸緣成形性能、邊部延伸性能、彎曲性能） 標(biāo)志成形模具和材料的配合性的抗起皺性，標(biāo)志卸載后固定 形狀的形狀固定性等組成。對不銹鋼鋼板的工藝性能進(jìn)行評價(jià)主要有以下試驗(yàn)方 法：（ 1 ） 拉伸試驗(yàn)；彎曲試驗(yàn)；（ 2） 沖壓成形試驗(yàn)；（ 3） 擴(kuò)口試驗(yàn)；（ 4） 沖擊試驗(yàn)。對不銹鋼管的工藝性能進(jìn)行評價(jià)主要有以下幾項(xiàng)：（ 1） 拉伸試驗(yàn)；（ 2） 擴(kuò)管試驗(yàn)；（ 3） 壓扁試驗(yàn)；（ 4） 壓潰試驗(yàn)；（ 5 ） 彎曲試驗(yàn)。7.2.2 焊接性能在不銹鋼的應(yīng)用中對不銹鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接和切割是不可 避免的。由于不銹鋼本身所具有的特性，與普碳鋼相比不銹 鋼的焊接及切割有著其特

13、殊性，更易在其焊接接頭及其熱影 響區(qū)（ HAZ ）產(chǎn)生各種缺陷。焊接時(shí)要特別注意不銹鋼的物 理性質(zhì)。例如奧氏體型不銹鋼的熱膨脹系數(shù)是低碳鋼和高鉻 系不銹鋼的 1.5 倍；導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼 1/3，而高鉻系不銹 鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約是低碳鋼 1/2；比電阻是低碳鋼的 4 倍以上， 而高鉻系不銹鋼是低碳鋼的 3 倍。這些條件加上金屬的密度、 表面張力、磁性等條件都對焊接條件產(chǎn)生影響。馬氏體型不銹鋼一般以 13%鉻鋼為代表。 它進(jìn)行焊接時(shí)， 由于熱影響區(qū)中被加熱到相變點(diǎn)以上的區(qū)域內(nèi)發(fā)生Y- a(M)相變，因此存在低溫脆性、低溫韌性惡化、伴隨硬化 產(chǎn)生的延展性下降等問題。因而對于一般馬氏體型不銹鋼焊 接時(shí)

14、需進(jìn)行預(yù)熱，但碳、氮含量低的和使用Y系焊接材料時(shí) 可不需預(yù)熱。焊接熱影響區(qū)的組織通常又硬又脆。對于這個(gè) 問題，可通過進(jìn)行焊后熱處理使其韌性和延展性得到恢復(fù)。 另外碳、氮含量低的牌號(hào)，在焊接狀態(tài)下也有一定的韌性。鐵素體型不銹鋼以 18%鉻鋼為代表。在含碳量低的情況 下有良好的焊接性能，焊接裂紋敏感性也較低。但由于被加 熱至900 C以上的焊接熱影響區(qū)晶粒顯著變粗，使得在室溫 下缺少延展性和韌性，易發(fā)生低溫裂紋。也就是說，一般來 講鐵素體型不銹鋼有 475 C脆化、700800 C長時(shí)間加熱下 發(fā)生6相脆性、加雜物和晶粒粗化引起的脆化、低溫脆化、 碳化物析出引起耐蝕性下降以及高合金鋼中易發(fā)生的延遲

15、 裂紋等問題。通常應(yīng)在焊接時(shí)焊前預(yù)熱及焊后熱處理，并在 具有良好韌性的溫度范圍進(jìn)行焊接。奧氏體型不銹鋼以 18%Cr-8%Ni 鋼為代表。原則上不須進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理，一般具有良好的焊接性能。但 其中鎳、鉬含量高的合金不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)易產(chǎn)生高溫裂 紋。另外還易發(fā)生6相脆化，在鐵素體形成元素的作用下生 成的鐵素體引起低溫脆化，以及耐蝕性下降和應(yīng)力腐蝕裂紋 等缺陷。經(jīng)焊接后，焊接接頭的力學(xué)性能一般良好，但當(dāng)在 熱影響區(qū)中的晶界上有鉻的碳化物時(shí)會(huì)極易生成貧鉻層，而 貧鉻層的出現(xiàn)將在使用過程中易產(chǎn)生晶間腐蝕。為避免問題 的發(fā)生，應(yīng)采用低碳(CW 0.03% )的牌號(hào)或添加鈦、鈮的牌 號(hào)。為防止焊

16、接金屬的高溫裂紋，通常認(rèn)為控制奧氏體中的 3鐵素體肯定是有效的。一般提倡在室溫下含5%以上的3鐵素體。對于以耐蝕性為主要用途的鋼，應(yīng)選用低碳和穩(wěn)定 的鋼種，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮负鬅崽幚?；而以結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為主要用 途的鋼，不應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，以防止變形和由于析出碳化 物和發(fā)生6相脆化。雙相不銹鋼的焊接裂紋敏感性較低。但在熱影響區(qū)內(nèi)鐵 素體含量的增加會(huì)使晶間腐蝕敏感性提高，因此可造成耐蝕 性降低及低溫韌性惡化等問題。對于沉淀硬化型不銹鋼有焊接熱影響區(qū)發(fā)生軟化等問題。綜上所述， 不銹鋼的焊接性能主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：( 1 ) 高溫裂紋：在這里所說的高溫裂紋是指與焊接有關(guān)的裂紋。高溫裂紋可大致分為凝固裂紋、

17、顯微裂紋、HAZ (熱影響區(qū))的裂紋和在加熱裂紋等。( 2) 低溫裂紋：在馬氏體型不銹鋼和部分具有馬氏體組 織的鐵素體型不銹鋼中有時(shí)會(huì)發(fā)生低溫裂紋。由于其產(chǎn)生的 主要原因是氫擴(kuò)散、焊接接頭的約束程度以及其中的硬化組 織，所以解決方法主要是在焊接過程中減少氫的擴(kuò)散，適宜 地進(jìn)行預(yù)熱和焊后熱處理以及減輕約束程度。( 3) 焊接接頭的韌性：在奧氏體型不銹鋼中為減輕高溫 裂紋敏感性，在成份設(shè)計(jì)上通常使其中殘存有5%10%的鐵素體。但這些鐵素體的存在導(dǎo)致了低溫韌性的下降。在雙相 不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)，焊接接頭區(qū)域的奧氏體量減少而對韌性 產(chǎn)生影響。另外隨著其中鐵素體的增加，其韌性值有顯著下 降的趨勢。已證實(shí)高

18、純鐵素體型不銹鋼的焊接接頭的韌性顯著下降 的原因是由于混入了碳、氮和氧的原故。其中一些鋼的焊接 接頭中的氧含量增加后生成了氧化物型夾雜，這些夾雜物成 為裂紋發(fā)生源或裂紋傳播的途經(jīng)使得韌性下降。而有一些鋼 則是由于在保護(hù)氣體中混入了空氣，其中的氮含量增加在基 體解理面100面上產(chǎn)生板條狀Cr2N，基體變硬而使得韌性 下降。(4) 6相脆化：奧氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼和雙 相不銹鋼易發(fā)生6相脆化。由于組織中析出了百分之幾的6相，韌性顯著下降。6相一般是在600900 C范圍內(nèi)析出，尤其在750C左右最易析出。作為防止6相產(chǎn)生的預(yù)防性措 施，奧氏體型不銹鋼中應(yīng)盡量減少鐵素體的含量。(5) 475

19、C脆化：在475C附近(370540C)長時(shí)間保 溫時(shí)，使Fe-Cr合金分解為低鉻濃度的a固溶體和高鉻濃度的a固溶體。當(dāng)a固溶體中鉻濃度大于 75%寸形變由滑移變形轉(zhuǎn)為孿晶變形，從而發(fā)生475 C脆化。7.2.3 切削性能不同的不銹鋼的切削性能有很大的差異。一般所說不銹 鋼的切削性能比其他鋼差，是指奧氏體型不銹鋼的切削性能 差。這是由于奧氏體不銹鋼的加工硬化嚴(yán)重，導(dǎo)熱系數(shù)低造 成的。為此在切削過程中需使用水性切削冷卻液，以減少切 削熱變形。特別是當(dāng)焊接時(shí)的熱處理不好時(shí)，無論是怎樣提 高切削精度，其變形也是不可避免的。其他類型如馬氏體型 不銹鋼、鐵素體型不銹鋼等不銹鋼的切削性能只要不是淬火 后進(jìn)

20、行切削，那么與碳素鋼沒有太大的不同。但兩者均是含 碳量越高則切削性能越差。沉淀硬化型不銹鋼由于其不同的 組織和處理方法而顯示不同的切削性能，但一般來說其切削 性能在退火狀態(tài)下與同一系列及同一強(qiáng)度的馬氏體型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼相同欲改善不銹鋼的切削性能， 與碳素鋼一樣可通過添加硫、 鉛、鉍、硒和碲等元素來實(shí)現(xiàn)。其中添加如硫、硒和碲等元 素可減輕工具的磨損，添加鉛和鉍等元素可改善切削狀態(tài)。雖然添加硫可改善不銹鋼的切削性能，但是由于它是以MnS 化合物的形式存在于鋼中，所以使得耐蝕性明顯下降。 為解決這個(gè)問題，通常是添加少量的鉬或銅。7.2.4 淬透性對于馬氏體鉻、鎳不銹鋼，一般需進(jìn)行淬火回火熱處

21、 理。在這個(gè)過程中不同的合金元素及其添加量對淬透性有不 同的影響。對馬氏體型不銹鋼進(jìn)行淬火時(shí)是從9251075 C溫度進(jìn)行急冷。由于相變速度低，因此無論是油冷還是空冷都可得到 充分的硬化。同樣在必須進(jìn)行的回火過程中，由于回火條件 的不同可得到大范圍的不同力學(xué)性能。在馬氏體鉻不銹鋼中，由于鉻的添加可提高鐵碳合金淬 透性，因而在需要進(jìn)行淬火的鋼中得到廣泛的應(yīng)用。鉻的主 要作用是可以降低淬火的臨界冷卻速度，使鋼的淬透性得到 明顯的提高。從 C 曲線來看，由于鉻的添加使奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn) 變的的速度減慢， C 曲線明顯右移。在馬氏體鉻、鎳不銹鋼中，鎳的添加可提高鋼的淬透性 和可淬透性。含鉻接近 20%的鋼中

22、若不添加鎳則無淬火能 力，添加 2%4% 的鎳可恢復(fù)淬火能力。但其中鎳的含量不 能過高，否則過高的鎳含量不僅會(huì)擴(kuò)大Y相區(qū)，而且還會(huì)降 低 Ms 溫度，這樣使鋼成為單相奧氏體組織也喪失了淬火能 力。選擇適當(dāng)?shù)逆嚭?，可提高馬氏體鉻不銹鋼的回火穩(wěn)定 性，并降低回火軟化程度。另外，在馬氏體鉻鎳不銹鋼中添加鉬可增加鋼的回火穩(wěn) 定性。鐵素體型不銹鋼雖然由于在高溫下不產(chǎn)生奧氏體，因而 不能通過進(jìn)行淬火來實(shí)現(xiàn)硬化，但是低鉻鋼中發(fā)生部分馬氏 體相變。奧氏體型不銹鋼屬于 Fe-Gr-Ni 系 Fe-Gr-Mn 系，為奧氏 體組織。因此從低溫到高溫的大的范圍內(nèi)均表現(xiàn)出高的強(qiáng)度 和良好的延伸性能?？赏ㄟ^進(jìn)行從100

23、0 C以上開始的固溶化 處理來得到非磁性的全部奧氏體組織，從而得到良好的耐蝕 性和最大的延伸率。7.2.5 物理性能7.2.5.1 一般物理性能 和其他材料一樣，物理性能主要包括以下 3 個(gè)方面：熔 點(diǎn)、比熱容、 導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)等熱力學(xué)性能， 電阻率、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率等電磁學(xué)性能，以及楊氏彈性模量、鋼性系數(shù)等力學(xué)性能。這些性能一般都被認(rèn)為是不銹鋼材料的固有特性，但是也會(huì)受到諸如溫度、加工程度和磁場強(qiáng)度等的影響。通常情況下不銹鋼與純鐵相比導(dǎo)熱系數(shù)低、電阻大，而 線膨脹系數(shù)和導(dǎo)磁率等性能則依不銹鋼本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu)而 異。7.2.5.2 物理性能與溫度的相關(guān)性 比熱容隨著溫度的變化比熱容會(huì)發(fā)生變化

24、，但在溫度的變化過 程中金屬組織中一旦發(fā)生相變或沉淀，那么比熱容將發(fā)生顯 著的變化。 導(dǎo)熱系數(shù)在600 C以下，各種不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)基本在1030W/(mC)范圍內(nèi)，隨著溫度的提高導(dǎo)熱系數(shù)有增加趨勢.在100C時(shí)，不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)由大至小的順序?yàn)?Cr17、00Cr12、2Cr25N 、0Cr18Ni11Ti 、0Cr18Ni9 、0Cr17Ni12Mo2 、2Cr25Ni20 。 500C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)由大至小的順序?yàn)?Cr13、1Cr17、2Cr25N、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni9Ti 和 2Cr25Ni20。奧氏體型不銹鋼 的導(dǎo)熱系數(shù)較其他不銹鋼略低，與普通碳素鋼相比，100 c

25、時(shí)奧氏體型不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)約為其1/4。線膨脹系數(shù)在100900 c范圍內(nèi)，各類不銹鋼主要牌號(hào)的線膨脹系數(shù)基本在10-620-6 C-1，且隨著溫度的升高呈增加的趨勢。對于沉淀硬化型不銹鋼，線膨脹系數(shù)的大小由時(shí)效處理溫度 來決定。 電阻率在0900 C,各類不銹鋼主要牌號(hào)的比電阻的大小基本在70 X 10-6130 X 10-6q. m,且隨著溫度的增加有增加的 趨勢。當(dāng)作為發(fā)熱材料時(shí)，應(yīng)選用電阻率低的材料。 磁導(dǎo)率 奧氏體型不銹鋼的磁導(dǎo)率極小，因此也被稱為非磁性材料。具有穩(wěn)定奧氏體組織的鋼，如 0Cr20Ni10、0Cr25Ni20 等，即使對其進(jìn)行大于 80的大變形量加工也不會(huì)帶磁性。另外

26、高碳、高氮、高錳奧氏體型不銹鋼， 如1Cr17Mn6Ni5N、 1Cr18Mn8Ni5N 系列以及高錳奧氏體型不銹鋼等，在大壓下 量加工條件下會(huì)發(fā)生&相相變，因此保持非磁性。在居里點(diǎn) 以上的高溫下，即使是強(qiáng)磁性材料也會(huì)喪失磁性。但有些奧氏體型不銹鋼如1Cr17Ni7、0Cr18Ni9 ,因?yàn)槠浣M織為亞穩(wěn)定奧氏體組織，因而在進(jìn)行大壓下量冷加工或進(jìn)行低溫加工時(shí) 會(huì)發(fā)生馬氏體相變，本身將具有磁性且磁導(dǎo)率也會(huì)提高。 彈性模量室溫下鐵素體型不銹鋼的縱向彈性模量為200kN/mm2，奧氏體型不銹鋼的縱向彈性模量為193kN/mm2,略低于碳素結(jié)構(gòu)鋼。隨著溫度的升高縱向彈性模量減小，泊松比增加，橫向彈性模量

27、（剛度）則顯著下降。縱向彈性模量將對加工 硬化和組織集合產(chǎn)生影響。 密度含鉻量高的鐵素體型不銹鋼密度小，含鎳量高和含錳量 高的奧氏體型不銹鋼的密度大。在高溫下由于晶格間距的加 大密度變小。7.2.5.3 低溫下的物理性能 導(dǎo)熱系數(shù)各類不銹鋼在極低溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)的大小略有差異， 但總的來說是室溫系是 低 溫下的 1/50 左右。在低溫下隨著磁 通（磁通密度）的增加導(dǎo)熱系數(shù)增加。 比熱容在極低溫度下，各種不銹鋼的比熱容有一些差異。比熱容受溫度的影響很大，在 4K 時(shí)的比熱容可減小至室溫下比 熱容的 1/100 以下。 熱膨脹性對于奧氏體型不銹鋼， 在 80K 以下收縮率（相對于 273K ） 的

28、大小略有差異。鎳的含量對收縮率有一定的影響。 電阻率在極低溫度下各牌號(hào)間電阻率大小的差異加大。合金元 素對電阻率的大小有較大的影響。 磁性在低溫下，奧氏體型不銹鋼隨材質(zhì)的不同其質(zhì)量磁化率對負(fù)荷磁場的影響有差異。不同的合金元素含量也有差異。 彈性模量在低溫下，有磁性轉(zhuǎn)變的奧氏體型不銹鋼其泊松比相應(yīng) 地產(chǎn)生極值。7.2.6 耐腐蝕性能不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨鉻含量的增加而提高。其基 本原理是，當(dāng)鋼中有足夠的鉻時(shí)，在鋼的表面形成非常薄的 致密的氧化膜，它可以防止進(jìn)一步的氧化或腐蝕。氧化性的 環(huán)境可以強(qiáng)化這種膜，而還原性環(huán)境則必然破壞這種膜，造 成鋼的腐蝕。7.2.6.1 在各種環(huán)境中的耐腐蝕性能7.

29、2.6.2.1 大氣腐蝕不銹鋼耐大氣腐蝕基本上是隨大氣中的氯化物的含量而 變化的。因此，靠近海洋或其他氯化物污染源對不銹鋼的腐 蝕是極為重要的。一定量的雨水，只有對鋼表面的氯化物濃 度起作用時(shí)才是重要的。農(nóng)村環(huán)境 1Cr13、1Cr17 和奧氏體型不銹鋼可以適應(yīng)各 種用途，其外觀上不會(huì)有顯著的改變。因此，在農(nóng)村暴露使 用的不銹鋼可以根據(jù)價(jià)格，市場供應(yīng)情況，力學(xué)性能、制作 加工性能和外觀來選擇。工業(yè)環(huán)境 在沒有氯化物污染的工業(yè)環(huán)境中， 1Cr17 和 奧氏體型不銹鋼能長期工作，基本上保持無銹蝕，可能在表 面形成污膜， 但當(dāng)將污膜清除后， 還保持著原有的光亮外觀。 在有氯化物污染的工業(yè)環(huán)境中，將造

30、成不銹鋼銹蝕。海洋環(huán)境 1Cr13 和 1Cr17 不銹鋼在短時(shí)期就會(huì)形成薄 的銹膜，但不會(huì)造成明顯的尺寸上的改變。奧氏體型不銹鋼 如 1Cr17Ni7 、1Cr18Ni9 和 0Cr18Ni9 ，當(dāng)暴露于海洋環(huán)境時(shí)， 可能出現(xiàn)一些銹蝕。 銹蝕通常是淺薄的， 可以很容易地清除。 0Cr17Ni12Mo2 含鉬不銹鋼在海洋環(huán)境中基本上是耐蝕的。除了大氣條件外，還有另外兩個(gè)影響不銹鋼耐大氣腐蝕 性能的因素，即表面狀態(tài)和制作工藝。精加工級別影響不銹 鋼在有氯化物的環(huán)境中的耐腐蝕性能。無光表面（毛面）對 腐蝕非常敏感，即正常的工業(yè)精加工表面對銹蝕的敏感性較 小。表面精加工級別還影響污物和銹蝕的清除。從

31、高精加工 的表面上清除污物和銹蝕物很容易，但從無光的表面上清除 則很困難。對于無光表面，如果要保持原有的表面狀態(tài)則需 更經(jīng)常的清理。7.2.6.2.2 淡水淡水可定義為不分酸性、鹽性或微咸，來源于江河、湖 泊、池塘或井中的水。淡水的腐蝕性受水的 pH 值、氧含量 和成垢傾向性的影響。結(jié)垢（硬）水，其腐蝕性主要由在金 屬表面形成垢的數(shù)量和類型來決定。這種垢的形成是存在其 中的礦物質(zhì)和溫度的作用。非結(jié)垢（軟）水，這種水一般比 硬水的腐蝕性強(qiáng)?？梢酝ㄟ^提高 pH 值或減少含氧量來降低 其腐蝕性。1Cr13 不銹鋼明顯地比碳素鋼耐淡水腐蝕，而且在淡水 中使用有極好的特征。這種剛廣泛用于例如需要高強(qiáng)度和

32、耐 腐蝕的船塢和水壩等用途。 然而，應(yīng)當(dāng)考慮到在某些情況下， 1Cr13 在淡水中可能對中度點(diǎn)蝕敏感。但是點(diǎn)蝕完全可以用 陰極防腐方法來避免。 1Cr17 和奧氏體型不銹鋼在室溫（環(huán) 境溫度）幾乎完全可以耐淡水腐蝕。7.2.6.2.3 酸性水酸性水是指從礦石和煤浸析出的被污染的自然水，由于 是較強(qiáng)的酸性所以其腐蝕性比自然淡水強(qiáng)得多。由于水對礦 石和煤中所含硫化物的浸析作用，對碳鋼的腐蝕有非常大的 作用。受酸性水作用的碳鋼設(shè)備通常很快被腐蝕。用受酸性河 水作用的各種材料所做試驗(yàn)的結(jié)果表明，在這種環(huán)境下奧氏體型不銹鋼有較高的耐腐蝕性能奧氏體型不銹鋼在淡水和酸性河水中有極好的耐腐蝕性 能，特別是其腐

33、蝕膜對熱傳導(dǎo)的阻礙較小，所以在熱交換用 途中廣泛使用不銹鋼管。7.2.6.2.4 鹽性水鹽性水的腐蝕特點(diǎn)是經(jīng)常以點(diǎn)蝕的形式出現(xiàn)。 對于不銹 鋼，在很大程度上是由于鹽性水導(dǎo)致起耐腐蝕作用的鈍化膜 局部破壞。這些鋼發(fā)生點(diǎn)蝕的其他原因是附著于不銹鋼設(shè)備 上的茗荷介和其他海水有機(jī)物可形成氧的濃差電池。一旦形 成，這些電池非?；钴S，并且造成大量腐蝕和點(diǎn)蝕。在鹽性 水高速流動(dòng)的情況下，例如泵的葉輪，奧氏體型不銹鋼的腐 蝕通常是非常小的。對使用不銹鋼管的冷凝器，需保持水流 速大于1.5m/s，以使海水有機(jī)物和其他固體在管中集聚的最 少。對處理鹽性水的不銹鋼設(shè)備的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)最好是減 少縫隙和使用厚壁部件。

34、7.2.6.2.5 土壤 埋入土壤中的金屬，取決于天氣和其它因素，處在隨時(shí) 都在變化的復(fù)雜的狀態(tài)下。實(shí)踐證明，奧氏體型不銹鋼一般 具有極好的耐大多數(shù)土壤腐蝕的性能而1Cr13和1Cr17則在很多土壤中要產(chǎn)生點(diǎn)蝕。 0Cr17Ni12Mo2 不銹鋼在所有土壤 試驗(yàn)中完全可以耐點(diǎn)蝕。7.2.6.2.6 硝酸含鉻不小于 14% 的鐵素體型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼 有極好的耐硝酸腐蝕的性能。 1Cr17 不銹鋼已廣泛用于硝酸 工廠的加工設(shè)備。然而，由于 0Cr18Ni9 通常具有較好的成 形性能和焊接性能，因此在上述用途中已大量取代了 1Cr17 不銹鋼。其他奧氏體型不銹鋼的耐硝酸腐蝕性能與 0Cr18

35、Ni9 相 近。1Cr17不銹鋼通常比0Cr18Ni9的腐蝕速率稍高，并且較 高的溫度和濃度對其有較大的有害影響。如果對鋼進(jìn)行的熱 處理不是當(dāng)，熱硝酸將使奧氏體和鐵素體型不銹鋼產(chǎn)生晶間 腐蝕。因此，可用適當(dāng)?shù)臒崽幚韥眍A(yù)防這種類型的腐蝕，或 者使用耐這種類型腐蝕的不銹鋼。7.2.6.2.7 硫酸標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼牌號(hào)很少用于硫酸溶液， 因?yàn)槠淇墒褂玫姆?圍很窄。在室溫條件下， 0Cr17Ni12Mo2 不銹鋼（最耐硫酸 腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)）在硫酸濃度小于 15%，或大于 85%時(shí)是耐 腐蝕性的。然而在較高的濃度范圍，通常使用碳鋼。馬氏體 和鐵素體型不銹鋼一般不耐硫酸溶液腐蝕。如同硝酸的情況一樣，如果對不銹鋼

36、不進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽?理，硫酸可造成晶間腐蝕。對于焊接后不能進(jìn)行熱處理的焊 接結(jié)構(gòu)，硬使用低碳牌號(hào) 00Cr19Ni10或00Cr17Ni14Mo2 ,或穩(wěn)定化的牌號(hào) 0Cr18Ni11Ti 或 0Cr18Ni11Nb 不銹鋼。7.2.6.2.8 磷酸奧氏體型不銹鋼有極好的耐磷酸溶液腐蝕的性能， 并廣泛用于磷酸的生產(chǎn)和和處理設(shè)備。在溫度最高達(dá)107 C的各種濃度的情況下，其具有有效的耐腐蝕性能。在溫度最高約 達(dá)95 C的情況下，用0Cr17Ni12Mo2不銹鋼的設(shè)備可以很好 的處理“過磷酸” （超過 100%H 3PO4）。應(yīng)注意，氟化物或氯化物鹽類微量雜質(zhì)有時(shí)存在于用濕 法工藝生產(chǎn)的磷酸中。酸中

37、的這些鹵化物的存在可能對不銹 鋼的耐腐蝕性能有有害的影響。馬氏體和鐵素體型不銹鋼的耐磷酸腐蝕性能顯著地比 奧氏體不銹鋼要差，因此一般不用于這種酸。7.2.6.2.9 鹽酸甚至在室溫，各種濃度的鹽酸溶液都很快地腐蝕不銹 鋼。因此在這種酸中不可能使用不銹鋼。7.2.6.2.10 其他無機(jī)酸 奧氏體型不銹鋼在幾乎各種濃度和溫度下一般都具有 好的耐硼酸、 碳酸、氯酸和鉻酸腐蝕的性能，100%氯酸除外。1Cr13 和 1Cr17 不銹鋼對鉻酸的耐腐蝕性能顯著地不如奧氏體型不銹鋼，但具有相對較好的耐硼酸和碳酸腐蝕的性能。7.2.6.2.11 乙酸奧氏體型不銹鋼一般具有極好的耐乙酸腐蝕的性能， 而 馬氏體和

38、鐵素體型不銹鋼對大多數(shù)耐乙酸腐蝕的用途是不 適當(dāng)?shù)?。奧氏體型不銹鋼在室溫完全可以耐各種濃度乙酸的 腐蝕。在較高的溫度， 0Cr17Ni12Mo2 和 0Cr19Ni13Mo3 比 其他奧氏體型不銹鋼有更好的耐乙酸腐蝕性能。7.2.6.2.12 甲酸在室溫情況下， 可以用任何奧氏體型不銹鋼安全地處理 甲酸。然而當(dāng)是熱的甲酸時(shí)，它可以很快地腐蝕不含鉬的不 銹鋼，因此，需要使用 0Cr17Ni12Mo2 和 0Cr19Ni13Mo3 。 在各種溫度下甲酸都會(huì)很快地腐蝕馬氏體和鐵素體型不銹 鋼。7.2.6.2.13 草酸一般情況下，在室溫、最高濃度至少為 50%時(shí)，不銹鋼 好的耐草酸腐蝕的性能。然而在

39、較高的溫度，草酸溶液正如 在室溫、濃度為 100%一樣，對所有的不銹鋼都會(huì)有相當(dāng)?shù)?腐蝕。7.2.6.2.14 乳酸0Cr18Ni9不銹鋼在溫度最高約達(dá) 38 C時(shí)可用于乳酸儲(chǔ)存設(shè)備。在較高的溫度，無鉬奧氏體型不銹鋼產(chǎn)生點(diǎn)蝕，所以優(yōu)先選用 0Cr17Ni12Mo2和0Cr19Ni13Mo3。馬氏體和鐵素體型不銹鋼一般來說耐乳酸腐蝕的能力極低。7.2.6.2.15 堿不銹鋼通常具有較好的耐弱堿腐蝕的性能， 例如氫氧化銨。對于強(qiáng)堿，如氫氧化鈉和氫氧化鉀，在溫度最高約為105 C、濃度最高約為50%寸，奧氏體型不銹鋼有好的耐腐蝕性能。在較高的溫度和濃度，腐蝕速率可能變得顯著。當(dāng)溫度高于常壓沸點(diǎn)（和稍

40、低的溫度，接近 50%濃度）寸，奧氏體型不銹鋼就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋。7.2.6.2.16 鹽溶液除在某些條件下的鹵化物溶液之外，不銹鋼一般來說有極好的耐鹽溶液腐蝕的性能。對于酸性鹽，不銹鋼的耐腐蝕性能在一定程度上必然受鹽水解所形成的特殊的酸的影響。對于較高溫度的酸性鹽溶液，含鉬奧氏體型不銹鋼（ 0Cr17Ni12Mo2 和 0Cr19Ni13Mo3 ）通常比其他牌號(hào)不銹鋼 耐腐蝕性能要好。在不銹鋼用于鹵化物溶液，特別是氯化物溶液寸，應(yīng)考慮到即使腐蝕速率一般較低，但點(diǎn)蝕和（或）應(yīng)力腐蝕裂紋在一定條件下也可能產(chǎn)生。盡管有很多在在有氯化物的情況下使用不銹鋼取得極好的效果（如食品加工設(shè)備和在在相對低的

41、溫度條件下流動(dòng)的海水）但必需分別考慮各種用途。點(diǎn)蝕或應(yīng)力腐蝕裂紋是否產(chǎn)生，取決于環(huán)境和設(shè)備設(shè)計(jì)及等方面很多的因素。7.2.6.2 腐蝕現(xiàn)象7.2.6.2.1 點(diǎn)蝕如前所述，不銹鋼極好的耐腐蝕性能是由于在鋼的表面形成看不見的氧化膜，使其成為是鈍態(tài)的。該鈍化膜的形成是由于鋼暴露在大氣中時(shí)與氧反應(yīng)，或者時(shí)與其他含氧的環(huán)境 接觸的結(jié)果。 如果鈍化膜被破壞， 不銹鋼就將繼續(xù)腐蝕下去。在很多情況下，鈍化膜僅僅在金屬表面的局部地方被破壞，腐蝕的作用在于形成細(xì)小的孔或凹坑，在材料表面產(chǎn)生無規(guī) 律分布的小坑狀腐蝕。 引起點(diǎn)蝕的因素出現(xiàn)點(diǎn)蝕很可能是存在與去極劑化合的氯化物離子。不銹鋼等鈍態(tài)金屬的點(diǎn)蝕常起因于某些侵

42、蝕性陰離子對鈍化膜的局部破壞。保護(hù)有高耐腐蝕性能的鈍態(tài)通常需要氧化環(huán) 境，但正好這也是出現(xiàn)點(diǎn)蝕的條件。 產(chǎn)生點(diǎn)蝕的介質(zhì)是在 CI- 、 Br-、I-、CIO4-溶液中存在Fe3+、Cu2+、Hg2+等重金屬離子或 含有H2O2、02等的Na+、Ca+堿和堿土金屬離子的氯化物溶 液。點(diǎn)蝕速率隨溫度升高而增加。例如在濃度為4%10% 氯化鈉的溶液中，在90C時(shí)達(dá)到點(diǎn)蝕造成的損失最大； 對于更稀 的溶液，最大值出現(xiàn)在較高的溫度。 防止點(diǎn)蝕的方法a) 避免鹵素離子集中。b) 保證氧或氧化性溶液的均勻性，攪拌溶液和避免有 液體不流動(dòng)的小塊區(qū)域。c) 或者提高氧的濃度，或者去除氧。d) 增加 pH 值。與

43、中性或酸性氯化物相比，明顯堿性 的氯化物溶液造成的點(diǎn)蝕較少，或者完全沒有(氫 氧離子起防腐蝕劑的作用) 。e) 在盡可能低的溫度下工作。f) 在腐蝕性介質(zhì)中加入鈍化劑。低濃度的硝酸鹽或鉻 酸鹽在很多介質(zhì)中是有效的(抑制離子優(yōu)先吸附在 金屬表面上，因此防止了氯化物離子吸附而造成腐 蝕)。g) 采用陰極防腐。有證據(jù)表明，用與低碳鋼、鋁或鋅 電耦合陰極保護(hù)的不銹鋼在海水中不會(huì)造成點(diǎn)蝕。含鉬 2%4% 的奧氏體型不銹鋼具有良好的耐點(diǎn)蝕性能。 使用含鉬奧氏體型不銹鋼可顯著減少點(diǎn)蝕或一般腐蝕，腐蝕 介質(zhì)例如氯化鈉溶液、海水、亞硫酸、硫酸、磷酸和甲酸。7.2.6.2.2 晶間腐蝕含碳量超過 0.03%的不穩(wěn)定的奧氏體型不銹鋼(不含鈦或鈮的牌號(hào)），如果熱處理不當(dāng)則在某些環(huán)境中易產(chǎn)生晶間腐蝕。這些鋼在4258