不銹鋼基礎(chǔ)入門培訓(xùn)

不銹鋼基礎(chǔ)入門培訓(xùn)——講師：吳洪濤2015年3月21日公司課件：請各位不要外傳當(dāng)前第1頁\共有64頁\編于星期四\16點第一章不銹鋼的發(fā)展和歷史不銹鋼自二十世紀(jì)初問世以來，已有100年的歷史，不銹鋼的發(fā)明是世界冶金史上的一項偉大成就，不僅為現(xiàn)代工業(yè)的建立、發(fā)展和科技進(jìn)步奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，而且在民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也顯著提高了人們的生活質(zhì)量。不銹鋼是一種特殊的材料，兼有功能材料和結(jié)構(gòu)材料兩者的特征，是金屬材料中的佼佼者，它具有許多優(yōu)良的性能，如耐蝕性、耐低溫性、好的加工性能等。不銹鋼外觀精美，壽命周期長，成本價低，可以百分之百的回收利用，因此，在各工業(yè)及民用領(lǐng)域得到了廣泛和大量的使用，是一種非常好的結(jié)構(gòu)和功能材料。隨著我國改革開放和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的深入發(fā)展，不銹鋼與不銹鋼制品在石油化工工業(yè)、國防工業(yè)和民用工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用日漸普及和擴(kuò)大，不銹鋼制品的數(shù)量、品種、規(guī)格穩(wěn)步增加。而且，隨著技術(shù)的引進(jìn)，國外的不少不銹鋼的品種和牌號、新材料、新技術(shù)、新工藝、新制品在國內(nèi)市場所占的比重逐步增加。前言當(dāng)前第2頁\共有64頁\編于星期四\16點

第一章不銹鋼的發(fā)展和歷史前言當(dāng)前第3頁\共有64頁\編于星期四\16點

不銹鋼的誕生和大多數(shù)科研成果一樣，并不是個人的研究結(jié)果，而是許多冶金工作者長期努力、互相借鑒、不斷研究的結(jié)果。最后20世紀(jì)初，在社會具備一定的物質(zhì)生產(chǎn)條件（主要是指低碳鉻鐵的生產(chǎn)）以及理論研究的進(jìn)展（主要是鉻鐵合金中碳含量對腐蝕性的影響），在產(chǎn)業(yè)部門需要的情況下，不銹鋼才應(yīng)運而生。從開始研究不銹鋼到初步研究成功經(jīng)歷了整整一個世紀(jì)。不銹鋼的研究與開發(fā)大致可以分成三個階段。第一章不銹鋼的發(fā)展和歷史不銹鋼的發(fā)展當(dāng)前第4頁\共有64頁\編于星期四\16點第一章不銹鋼的發(fā)展和歷史這一階段從1787年到1873年，經(jīng)歷了八十多年的時間。鉻金屬是法國分析化學(xué)家于1787年從西班牙的紅鉛礦中首次發(fā)現(xiàn)的一種元素，次年根據(jù)希臘語中表示顏色的詞Chroma（閃耀的、光亮的）而命名的Chrome也叫Chromium。1820年，英國皇家研究所的學(xué)者M(jìn).Farafay，致力于研究將貴重金屬熔于鋼中煉成合金，制作出難氧化（難生銹）的新型刀具鋼，當(dāng)時主要添加的金屬包括Ni、Ag、Pt、等。1820年他和刀具師J.Stodart成功的在還原鉻礦石加入鐵，制成了Fe-Cr合金。他們聯(lián)名發(fā)表的論文中記述了所制作的刀具鋼中熔入了1%Cr及3%Cr，但是并沒有關(guān)于耐腐蝕的報告。但是此后關(guān)于Fe-Cr合金的研究逐漸增多。1838年Mallet提出了“鉻含量增加使得Fe-Cr合金的耐腐蝕性增強(qiáng)”的報告1872年Woods和Clark提出含有30~35%鉻的鐵，耐酸性和耐腐蝕性顯著增加的論點。第一階段早期研究——探索當(dāng)前第5頁\共有64頁\編于星期四\16點當(dāng)時不能在不銹鋼研制方面取得突破的原因主要是：當(dāng)時所用的Fe-Cr合金含碳量過高，影響了鉻發(fā)揮提高鋼抗腐蝕性的有力作用。大部分研究者所選用的鉻含量過低，過低的鉻含量只能改善熱處理性能，而不能提高抗腐蝕性。當(dāng)時金屬腐蝕方面的理論研究遠(yuǎn)未成熟，這使得對腐蝕及抗腐蝕性的看法絕對化；不少研究者試圖研制出一種能耐各種酸、堿、鹽腐蝕的類似鉑金或金的耐腐蝕合金，其結(jié)果必然是要失敗的。理論上的不成熟導(dǎo)致腐蝕試驗方法也不是完全合適，這也掩蓋了某些真實的情況。

第一章不銹鋼的發(fā)展和歷史第一階段早期研究——探索當(dāng)前第6頁\共有64頁\編于星期四\16點1895年德國的Goldschmidt用鋁熱法還原鉻礦石，制得了低碳鉻鐵。有了低碳鉻鐵就可以配置出含碳量很低的Fe-Cr合金，從而為不銹鋼的誕生奠定了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。1898年，Carnot和Goutal在Fe-Cr合金抗腐蝕性研究中發(fā)現(xiàn)了含碳量高的有害作用，從而澄清了Hadfield的影響，揭開了不銹鋼研制的新篇章。1904年LeonGuillet作了低碳Fe-Cr合金的研究，并發(fā)表了一系列論文。他們研制的低碳鉻鋼的含碳量是0.043~1.0%，不銹鋼的含碳量是0.02~0.1%，其中有的相當(dāng)于今天的AISI410、420、430等鋼種。1906年Guillet發(fā)表了對Fe-Cr-Ni系鋼抗腐蝕性的研究結(jié)果。他研制的不銹鋼成分與現(xiàn)在的Cr-Ni系不銹鋼相差無幾，可以說是最早的奧氏體不銹鋼。他提出把不銹鋼分成“鐵素體不銹鋼”、“馬氏體不銹鋼”和“奧氏體不銹鋼”三大類，這是不銹鋼發(fā)展史上的成果，一直沿用至今。1908年，P.Monnartz和W.Borchers從碳對含鉻鋼的耐腐蝕性的影響出發(fā)，對鉻鋼的耐腐蝕性問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。1911年他們發(fā)表了《鐵鉻合金的抗氧化性研究》一文，首次把不銹鋼的耐腐蝕性與鈍化現(xiàn)象結(jié)合起來，揭示了不銹鋼的本質(zhì)。1909年,W.Giesen發(fā)表了關(guān)于鉻—鎳奧氏體不銹鋼中的高鉻不銹鋼，同年，發(fā)表了關(guān)于鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼的研究成果。第一章不銹鋼的發(fā)展和歷史第二階段中期研究——進(jìn)展當(dāng)前第7頁\共有64頁\編于星期四\16點

至此，我們說建立了不銹鋼的基礎(chǔ)理論，研究了不銹鋼的三種組織狀態(tài)分類，他們的機(jī)械性能和物理性能，對“耐腐蝕性”這樣一個重要的課題也有了初步的認(rèn)識，即結(jié)合了鉻鋼中碳的作用，確立了不銹鋼耐腐性的基礎(chǔ)，即：含鉻鋼的耐腐蝕性是以含Cr12％為界限的，在這個值的兩邊腐蝕速度顯著加大。這種現(xiàn)象在氧化性酸（如HNO3）中特別顯著，在水中和大氣中也是如此。耐蝕性是以提高“鈍化”現(xiàn)象為基本原因的?！扳g化”與氧化性條件及腐蝕環(huán)境中的氧化劑含量有關(guān)，用電化學(xué)的觀點來說，是與電池一端的結(jié)合條件有關(guān)。耐腐蝕性和含碳量這個條件密切相關(guān)，鐵鉻合金中過剩的碳十分有害。碳的穩(wěn)定化十分重要，對耐侵蝕性影響顯著。穩(wěn)定碳的方法是加入適量易形成碳化物的元素，如Nb、Ti等。當(dāng)時的研究盡管還不能從根本上弄清楚不銹鋼的抗腐蝕性機(jī)理，但是還是揭示了幾種不銹鋼的大致的成分范圍及主要的合金元素的影響和作用，這就為以后的研究指明了方向，從而為研制符合使用要求的具體鋼種奠定了基礎(chǔ)。

第一章不銹鋼的發(fā)展和歷史第二階段中期研究——進(jìn)展當(dāng)前第8頁\共有64頁\編于星期四\16點在二十世紀(jì)初，由于理論的進(jìn)展和工業(yè)發(fā)展的需要，幾乎在同時好幾個國家都研制成功了不銹鋼。1913年H.Brearley在研制艦載炮炮筒用鋼時發(fā)明了可硬化的不銹鋼，這就是具有淬硬性那一系列被稱為“馬氏體不銹鋼”的不銹鋼。他們的研究結(jié)果表明，這種鋼的成分范圍是：[C]<0.7%，[Cr]=9~16%，其中0.35%C、13%Cr的鋼主要用于旨在刀具，即現(xiàn)在的3Cr13（AISI420）鋼。1911年C.Dantsizen在從事電阻絲研究時研制了一種同H.Brearley鋼相同，但是碳含量更低，硬度稍低的材料。1914年，他提出鋼的成分范圍應(yīng)該為0.07~0.15%C，14~16%Cr。這是一種低碳鐵素體不銹鋼，其成分與目前的1Cr13相似。1924年研制了一種含鉻更高的（含25~27%Cr）的不銹鋼，相當(dāng)于目前的鐵素體不銹鋼AISI446。1909年~1912年，E.Maurer和B.Strauss在研究熱電偶保護(hù)套管用鋼時，對高鉻鋼及Cr-Ni鋼進(jìn)行了對比分析，結(jié)果在1912年將耐腐蝕性很高的Cr-Ni不銹鋼的商品化。第一章不銹鋼的發(fā)展和歷史第三階段不銹鋼的進(jìn)一步研究——不銹鋼的誕生和實用化當(dāng)前第9頁\共有64頁\編于星期四\16點1910年~1914年，作為現(xiàn)代不銹鋼的基礎(chǔ)：1Cr13~4Cr13、Cr17~28、18-8等馬氏體、鐵素體、奧氏體不銹鋼先后問世，可以說經(jīng)歷了一百多年的研究，人類終于找到了具有工業(yè)實用性的不銹鋼雛形。從此以后的研究只是在腐蝕理論方面不斷地深入，并按日益增多的使用要求，對成分作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而又發(fā)展了不少的新品種；當(dāng)總體來說，并沒有越出上世紀(jì)初確定的這幾個大的范疇。因此可以認(rèn)為，不銹鋼誕生于1910~1914年，近一百年只是在此基礎(chǔ)上不斷的發(fā)展完善。第一章不銹鋼的發(fā)展和歷史當(dāng)前第10頁\共有64頁\編于星期四\16點1910年~1914年誕生的組織分別為馬氏體、鐵素體和奧氏體的不銹鋼，從化學(xué)成分來看，主要屬于Fe-Cr和Fe-Cr-Ni兩大體系。從第一次世界大戰(zhàn)到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的近三十年間（1919年~1945年），隨著各種工業(yè)的發(fā)展，不銹鋼為適應(yīng)各種工作條件而發(fā)生了細(xì)化，即在原來的兩大體系三種組織狀態(tài)的基礎(chǔ)上，通過增減含碳量和添加多種合金元素而衍生出了許多新型的不銹鋼。從二次世界大戰(zhàn)結(jié)束到目前六十多年，主要是為適應(yīng)抗海水、酸、堿、鹽類腐蝕、吸收輻射、獲得高強(qiáng)度、耐高溫、節(jié)鎳等需求而開發(fā)了抗點蝕、核工業(yè)、沉淀硬化不銹鋼和錳氮代鎳不銹鋼。今年隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和為了解決奧氏體不銹鋼晶間腐蝕以及應(yīng)力腐蝕的問題，又發(fā)展了超低碳不銹鋼和超純鐵素體不銹鋼。目前不銹鋼的牌號也已經(jīng)多達(dá)數(shù)百種，經(jīng)常使用的也在50種左右。第一章不銹鋼的發(fā)展和歷史不銹鋼鋼種的發(fā)展當(dāng)前第11頁\共有64頁\編于星期四\16點不容易生銹的鋼就是不銹鋼不銹鋼（StainlessSteel）是不銹耐酸鋼的簡稱，耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼；而將耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕（酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕）的鋼種稱為耐酸鋼。由于兩者在化學(xué)成分上的差異而使他們的耐腐蝕性不同，普通不銹鋼一般不耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，而耐酸鋼則一般均具有不銹性?！安讳P鋼”一詞不僅僅是單純指一種不銹鋼，而是表示一百多種工業(yè)不銹鋼，所開發(fā)的每種不銹鋼都在其特定的應(yīng)用領(lǐng)域具有良好的性能。成功的關(guān)鍵首先是要弄清用途，然后再確定正確的鋼種。第二章什么是不銹鋼當(dāng)前第12頁\共有64頁\編于星期四\16點生銹是一種化學(xué)反應(yīng)，本質(zhì)上是金屬的氧化反應(yīng)。最常見的生銹現(xiàn)象是鐵制品長期暴露在空氣中和氧氣發(fā)生了氧化反應(yīng)，或者是被水中的氧元素侵蝕成為氧化物。金屬材料與周圍的環(huán)境，空氣、水、氣體介質(zhì)、高溫等發(fā)生氧化反應(yīng)，使金屬材料表面或基體被氧化發(fā)生腐蝕，失去光澤，降低強(qiáng)度的過程。表面產(chǎn)生的物質(zhì)“銹”是鐵的氧化物。第二章什么是不銹鋼什么是生銹當(dāng)前第13頁\共有64頁\編于星期四\16點金屬腐蝕是金屬表面和介質(zhì)發(fā)生的化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)造成的，故有化學(xué)腐蝕及電化學(xué)腐蝕之分?；瘜W(xué)腐蝕是因為金屬表面與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而引起的，它的特點是在腐蝕過程中沒有電流產(chǎn)生。電化學(xué)腐蝕是指金屬與電解質(zhì)溶液作用發(fā)生的腐蝕。它的特點是在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生，這是金屬表面發(fā)生原電池作用的結(jié)果。通常在電化學(xué)腐蝕中規(guī)定電極電位較低的金屬為陽極，陽極不斷失去電子并將自己的離子投入到溶液而被腐蝕，陰極金屬僅起傳遞電子的作用，本身沒有發(fā)生腐蝕。第二章什么是不銹鋼腐蝕的機(jī)理當(dāng)前第14頁\共有64頁\編于星期四\16點主要有以下防腐方法：1、加入合金元素，改變組織結(jié)構(gòu)，從而提高鋼的抗蝕性能。2、使金屬形成表面轉(zhuǎn)化層和“永久層”包括：化學(xué)及電化學(xué)覆層——通過氧化、磷化、鉻酸鹽化、氟化等表面合金化——通過氮化、滲鉻、滲鋁、滲氮等金屬覆層——電鍍金屬、噴鍍金屬、化學(xué)鍍、氣相鍍等非金屬涂層——覆蓋搪瓷、陶瓷、橡膠、塑料、油漆等3、陰極保護(hù)，即使金屬成為陰極。4、“暫時性”的防腐措施。第二章什么是不銹鋼怎樣不生銹當(dāng)前第15頁\共有64頁\編于星期四\16點

提到不銹鋼，就必須要提到一種非常重要的金屬——鉻。將鉻熔于鋼中進(jìn)行合金化，當(dāng)鉻含量達(dá)到11~12%時，在空氣中就很難生銹。在不銹鋼的表面形成了Cr2O3氧化膜，這層氧化膜有以下的幾個特點：透明致密快速自我修復(fù)功能第二章什么是不銹鋼不銹鋼不生銹的原理Cr2O3Fe+Cr+CCr是比Fe更容易氧化的金屬Cr與空氣中的O2

反應(yīng)生成鉻的氧化層穩(wěn)定的氧化膜要求Cr>12%厚度1~2nm當(dāng)前第16頁\共有64頁\編于星期四\16點第二章什么是不銹鋼不銹鋼不生銹的原理D=1nmD=4mmD=1.27萬公里4×109倍3.14×109倍當(dāng)前第17頁\共有64頁\編于星期四\16點第二章什么是不銹鋼不銹鋼不生銹的原理當(dāng)前第18頁\共有64頁\編于星期四\16點第二章什么是不銹鋼不銹鋼不生銹的原理45nm單核1G20nm4核1.4G14nm2×8核3.0G3~5μm10-6m當(dāng)前第19頁\共有64頁\編于星期四\16點第二章什么是不銹鋼神奇的鉻當(dāng)前第20頁\共有64頁\編于星期四\16點按不銹鋼在900~1100℃加熱，并在空氣冷卻到室溫的機(jī)體組織分類。分為鐵素體不銹鋼（F）、奧氏體不銹鋼（A）、馬氏體不銹鋼（M）、雙相不銹鋼（F-A）和沉淀硬化不銹鋼。美國鋼鐵學(xué)會最早是用三位數(shù)字來標(biāo)示各種標(biāo)準(zhǔn)級的不銹鋼的，其中：奧氏體不銹鋼用200和300系列的數(shù)字標(biāo)示，例如，某些較普通的奧氏體不銹鋼是以201、304、316以及310為標(biāo)記。鐵素體和馬氏體型不銹鋼用400系列的數(shù)字表示。鐵素體不銹鋼是以430和446為標(biāo)記，馬氏體不銹鋼是以410、420以及440C為標(biāo)記。雙相（奧氏體－鐵素體）不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼以及含鐵量低于50%的高合金通常是采用專利名稱或商標(biāo)命名。第三章不銹鋼的分類美國鋼鐵協(xié)會AmericaIronandSteelInstitute簡稱AISI當(dāng)前第21頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類美國鋼鐵協(xié)會AISI對于不銹鋼的分類不銹鋼鉻系（AISI400系）鉻鎳系（AISI300系）馬氏體不銹鋼鐵素體不銹鋼奧氏體不銹鋼雙相不銹鋼沉淀硬化不銹鋼Fe-Cr-CFe-Cr-Ni2Cr13(420)1Cr13(410)1Cr17Ni2(431)0Cr17(430)0Cr11Ti(409)AISI200系0Cr19Ni9(304)0Cr17Ni12Mo2(316)1Cr17Mn6Ni5(201)1Cr18Mn8Ni5N(202)1Cr25Ni5Mo1.5(329)Cr25Ni5Mo3N0Cr17Ni7AlAISI600系代表鋼種按組織結(jié)構(gòu)按化學(xué)成分00Cr25Mo2(446M)當(dāng)前第22頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類低鉻系不銹鋼的發(fā)展簡圖410409L409SR410S410L耐蝕性、成型性Clowered焊接性、成型性CCrloweredMnCuadded焊接性Clowered焊接性、成型性CCrloweredTiadded高溫抗氧化性Siadded410DH420J1420J2耐磨性、硬度Cincreased耐磨性、硬度Cincreased420H429J1440ACincreased耐磨性、硬度Cradded硬度Cadded耐磨性、硬度410DBCrloweredMnaddedCNcontrolled未回火處理下提高硬度當(dāng)前第23頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類中高鉻系不銹鋼的發(fā)展簡圖430430CuN430LN445MT430LNM434LN1SX130-2430UD430XT429EX439LMH1432LTM436LT430AB430LNAB18-3SR20-5USR高溫氧化性CloweredAladded高溫抗氧化性CloweredAlincreasedLaZradded抗細(xì)菌性Agadded焊接性、耐蝕性、成型性CloweredNbaddedCrincreased高溫強(qiáng)度、焊接性、成型性CLoweredNbSiadded高溫強(qiáng)度Moadded成型性CloweredTiadded耐蝕性Moadded耐蝕性Cuadded耐蝕性、焊接性Crincreased耐蝕性、焊接性、成型性CloweredCrincreasedNbadded耐蝕性Moadded耐腐蝕性CloweredMoincreased耐蝕性CIncreased耐蝕性Moadded耐蝕性Cuadded430J1436J1436L焊接性、耐蝕性Moadded焊接性、耐蝕性Clowered444445J1445J2447J1434LN2MoIncreasedTiadded耐蝕性、深沖性耐蝕性CrMoIncreasedNbadded深沖性能Moincreased耐蝕性CloweredNbNadded耐蝕性Cradded耐蝕性CloweredTiadded耐蝕性Cradded耐蝕性當(dāng)前第24頁\共有64頁\編于星期四\16點

鐵素體是常溫下鐵和低碳合金的基本晶體結(jié)構(gòu)（體心立方BCC）。一般來講碳鋼在室溫下的晶體結(jié)構(gòu)被稱為鐵素體。它是一種體心立方（BCC-bodycentercubic）結(jié)構(gòu)，立方體的每個角有一個鐵（Fe）原子，立方體的中心有一個鐵原子，這種晶體單元非常小，在每立方毫米金屬中有數(shù)十億個這樣的晶體單元。當(dāng)鋼中添加鉻（Cr）時，鉻原子替代了晶體中的一些鐵原子，但是晶體結(jié)構(gòu)沒有改變。這就是為什么這些簡單的Fe-Cr鋼種被稱之為鐵素體不銹鋼。第三章不銹鋼的分類鐵素體不銹鋼Ferritestainlesssteel當(dāng)前第25頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類鐵素體不銹鋼如409和430已經(jīng)使用了許多年，它特點為人們熟知。在某些特定的場所它們已經(jīng)成為既定鋼種。例如，409不銹鋼常被指定用于汽車排氣系統(tǒng)，它有足夠的耐腐蝕性，有足夠的可成形性和焊接性，可以通過采用自動化工藝，嚴(yán)格控制加工制作，成本比較低。鐵素體不銹鋼Ferritestainlesssteel當(dāng)前第26頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類鐵素體不銹鋼的特性和用途當(dāng)前第27頁\共有64頁\編于星期四\16點

當(dāng)鎳添加到不銹鋼中時，它使晶體結(jié)構(gòu)從體心立方體（BCC）轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎襟w（FCC）—立方體的每個角仍然是一個鐵原子，但是現(xiàn)在不是在立方體的中心有一個原子，而是在每個面的中間有一個原子。這種結(jié)構(gòu)被稱為奧氏體，這就是奧氏體不銹鋼，如十分常見的300系列304和316不銹鋼的結(jié)構(gòu)。第三章不銹鋼的分類奧氏體不銹鋼Austeniticstainlesssteel當(dāng)前第28頁\共有64頁\編于星期四\16點非常好的可成形性。具有比其他類型的不銹鋼更好的焊接性。韌性耐腐蝕性光澤高溫性能第三章不銹鋼的分類奧氏體不銹鋼的優(yōu)點當(dāng)前第29頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類不銹鋼中形成奧氏體的方法擴(kuò)大奧氏體元素:C,N,Ni,Mn,Cu,…擴(kuò)大鐵素體元素:Cr,Mo,Si,Nb,Ti,…人們對這些元素在形成奧氏體方面的相對進(jìn)行測定，已經(jīng)開發(fā)出不同的公式計算“鎳當(dāng)量”，用在一些著名圖表如Schaeffler-DeLong和WRC1992圖表中。盡管系數(shù)有一些差異，但都體現(xiàn)了這些奧氏體形成元素的相對重要性：鎳當(dāng)量＝Ni％＋30C％＋30N％＋0.5Mn％＋0.25Cu％Schaeffler-Delong圖當(dāng)前第30頁\共有64頁\編于星期四\16點200的發(fā)展可回溯到半個世紀(jì)以前，因為正是二次世界大戰(zhàn)中鎳的短缺導(dǎo)致第一次用錳/氮代替部分或全部的鎳。在200系列不銹鋼中加入氮（N）和錳（Mn）都有助于形成奧氏體。上述“鎳當(dāng)量”公式表明錳在形成奧氏體的過程中不是十分有效，但它的加入可使更多的氮溶解到不銹鋼中，氮是一種非常強(qiáng)的奧氏體形成元素。通過加入足夠的錳／氮可獲得100％的奧氏體組織。鎳的用量越低，需要的錳／氮含量就越高。加入奧氏體形成元素Ni、Mn、N、和Cu的結(jié)合。這些合金的要目的是降低鎳含量，從而降低不銹鋼的成本。但是，它是副作用是鉻含量的降低（為了獲得100％的奧氏體組織），前面提到的PRE公式說明了鉻在提高耐腐蝕方面的重要性（304不銹鋼含18％-20％Cr）。第三章不銹鋼的分類200系列鋼種同其他Cr-Mn-N(-Cu)不銹鋼當(dāng)前第31頁\共有64頁\編于星期四\16點鉻元素是所有不銹鋼鋼種耐腐蝕性能的關(guān)鍵因素,鉻含量低意味著耐腐蝕性能差。一般200系鋼種中的鉻含量要比304鋼種低，因此它們耐腐蝕能力均比鉻鎳系列不銹鋼差。第三章不銹鋼的分類200系列鋼種同其他Cr-Mn-N(-Cu)不銹鋼當(dāng)前第32頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類200系列鋼種同其他Cr-Mn-N(-Cu)不銹鋼晶間腐蝕在低PH值（酸性條件下），1%鎳鋼種的縫隙溶解率（即腐蝕率）比鉻鎳鋼304高出10倍。含碳量也與腐蝕有關(guān)。當(dāng)前第33頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類奧氏體不銹鋼的特性和用途當(dāng)前第34頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類馬氏體不銹鋼Martensiticstainlesssteel

馬氏體在常溫下具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，與鐵素體和奧氏體相比，更接近于鐵素體，它也是體心立方結(jié)構(gòu)，但是立方體的一個軸被延長，也就是一個晶體有三個軸成直角，兩個邊相等，一個邊不等（四方體）。對鐵素體或奧氏體的立方晶體進(jìn)行熱處理或冷處理就會出現(xiàn)這樣的情況。馬氏體在三種晶體結(jié)構(gòu)中最硬，強(qiáng)度最好，同時也最難焊接。馬氏體不銹鋼具有熱處理時有相變發(fā)生，既可以利用這個特性來調(diào)整其力學(xué)性能，即采用熱處理來強(qiáng)化，其淬透性高，含碳高的鋼通過空冷淬火也可以得到馬氏體。

馬氏體的強(qiáng)度主要歸功于碳，其他合金元素對于強(qiáng)度直接影響不大。合金元素主要用來控制相的穩(wěn)定性。當(dāng)前第35頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類馬氏體不銹鋼的特性和用途當(dāng)前第36頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類雙相不銹鋼Duplexstainlesssteel

在一種不銹鋼中，有兩種相反的力量在起作用：即，鐵素形成元素企圖形成鐵素體，而奧氏體形成元素企圖形成奧氏體。最終的組織將取決于鋼中存在的這兩類添加元素的相對數(shù)量。

最基本的不銹鋼，即鐵素體不銹鋼晶體結(jié)構(gòu)是完全的鐵素體，因為Fe和Cr都形成鐵素體。當(dāng)一種奧氏體形成元素如鎳被添加到Fe－Cr不銹鋼后，其作用是隨著鎳含量增加，形成奧氏體的量增加，直到所有的鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體成為奧氏體不銹鋼。使用最廣泛的奧氏體不銹鋼是通常被稱為18-8（18％Cr，8％Ni）的304不銹鋼。這是一種全奧氏體的不銹鋼，因為8％的Ni足以抵消18Cr的作用，將所有的鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體。

如果只加入所需鎳量的一半，會得到大約50％的鐵素體和50％的奧氏體，這種鋼被稱為雙相不銹鋼。當(dāng)前第37頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類雙相

不銹鋼Duplexstainlesssteel雙相不銹鋼中最常用的是2205,含大約22％Cr、3％Mo，它們都是鐵素體形成元素。50％的奧氏體組織是通過添加5％Ni和0.17％N形成的，Ni和N都是奧氏體形成元素。關(guān)于新的雙相不銹鋼鋼種2101,只添加1.5％的Ni，但通過添加5％Mn可形成50％的奧氏體組織，Mn是一種弱奧氏體形成元素，但是它允許添加的氮含量高達(dá)0.22％。碳含量也稍微高一些，鉬含量低，這都將促進(jìn)奧氏體的形成。當(dāng)前第38頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類雙相不銹鋼的特點1、雙相不銹鋼的鎳含量比相應(yīng)奧氏體鋼種低。2、強(qiáng)度高，韌性高。3、耐腐蝕性強(qiáng)。4、焊接性能好。也就是說兼具奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點。一般把抗點蝕指數(shù)PRE大于40的稱為超級雙相不銹鋼。PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N當(dāng)前第39頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類沉淀硬化不銹鋼主要是鐵－鉻－鎳合金，還添加一些元素。它主要是在馬氏體、奧氏體、雙相鋼的組織上，經(jīng)熱處理沉淀析出細(xì)小、彌散的硬化相，使鋼硬化或強(qiáng)化。典型鋼種有：17－4PH。主要用于制作桿件及緊固件等。當(dāng)前第40頁\共有64頁\編于星期四\16點第三章不銹鋼的分類特性馬氏體鐵素體奧氏體雙相沉淀硬化耐蝕性不銹性△×◎◎◎◎耐全面腐蝕□△◎△◎□◎□△耐點蝕、縫隙腐蝕性△×◎△◎□◎□△×耐應(yīng)力腐蝕性△×◎×□◎△×耐熱性高溫強(qiáng)度◎△◎△◎□抗氧化性、抗硫化性△◎△□×□□△熱疲勞性□□□□□焊接性冷加工焊接性△×□△◎◎△深沖性能△×◎◎△△×深拉性能△×□◎△△×易切削性□△□□△強(qiáng)度塑性韌性室溫強(qiáng)度◎□□◎◎室溫塑性、韌性□×□◎◎□△低溫韌性、塑性□×□×◎□△×□其它磁性有有無有有無導(dǎo)熱性□◎×□□×線膨脹系數(shù)小小大中中×◎優(yōu)□良△中×差不銹鋼性能匯總當(dāng)前第41頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼AOD一步法AODLFCCM不銹鋼生產(chǎn)流程當(dāng)前第42頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼EAF+AOD兩步法LFCCMAODVODCCMAODAOD+VOD兩步法EAF不銹鋼生產(chǎn)流程當(dāng)前第43頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼EAF+AOD（MRP）+VOD三步法EAFVODCCM當(dāng)前第44頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼

C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%鎳鉻鐵水4.5~5.50.6~1.5≤1≤0.035≤0.014.5~6.01.3~1.6普通鐵水4.0~4.5≤0.4≤1.0≤0.12≤0.6

典型鐵水成分典型不銹鋼成分C%S%吹氧時部分錳氧化，加SiMn還原及合金化Cr%Ni%200系加Cu控氮冶煉不銹鋼的任務(wù)吹氧燒硅，加FeSi還原及合金化普通鐵水先脫磷

C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%Cu%N201（J1）0.07~0.090.35~0.610.5~10.8≤0.045≤0.00613.5~14.01.3~1.60.75~0.80.13~0.163040.03~0.060.3~0.61.0~1.5≤0.035≤0.0118.0~18.58.0~8.5-≤0.064300.03~0.050.2~0.40.2~0.45≤0.03≤0.00516.05~16.4--≤0.042當(dāng)前第45頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼降碳保鉻——鋼液中C、Cr的競爭氧化

使用AOD轉(zhuǎn)爐冶煉優(yōu)質(zhì)不銹鋼，有兩個必須要完成的核心任務(wù)：脫碳即將鋼水中的碳含量降低到鋼種要求的范圍之內(nèi)保鉻即保住鋼水中的鉻元素，使之不致被大量氧化而進(jìn)入爐渣，同時還要使其含量符合鋼水的冶煉要求。

當(dāng)前第46頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼脫碳保鉻的基本化學(xué)反應(yīng)

眾所周知，AOD轉(zhuǎn)爐中脫碳是靠吹氧來實現(xiàn)的。但是，在氧化鋼水中碳的同時，其中的鉻元素也可以被氧化。如下所示：鋼水中碳的氧化反應(yīng)[C]+[O]＝CO↑ ①鋼水中鉻的氧化反應(yīng)2[Cr]+3[O]＝(Cr2O3) ②實際上在AOD熔池中，就存在著如下的化學(xué)反應(yīng):3[C]+(Cr2O3)=2[Cr]+3CO↑ ③當(dāng)前第47頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼脫碳保鉻的冶金條件進(jìn)行不銹鋼冶煉一個最重要的任務(wù)就是營造合適的物理化學(xué)條件，從而使方程式③盡最大可能地向右進(jìn)行以實現(xiàn)“脫碳保鉻”的任務(wù)。3[C]+(Cr2O3)=2[Cr]+3CO↑ ③方程式③反應(yīng)平衡常數(shù)K為：當(dāng)前第48頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼脫碳保鉻的冶金條件

早期教材一般認(rèn)為當(dāng)［Cr］>9％時m=3，n=4也就是Cr3O4。目前一般認(rèn)為Cr氧化生成物為Cr2O3，對于反應(yīng)3[C]+(Cr2O3)=2[Cr]+3CO↑認(rèn)為氧化生成的Cr2O3在渣中飽和析出，即a(Cr2O3)≈1。

，當(dāng)前第49頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼脫碳保鉻的冶金條件，飽和氧條件下熔池碳、鉻和溫度的關(guān)系當(dāng)前第50頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼AOD爐脫碳的Fruehan模型（ArgonOxygenDe-Carburization）當(dāng)前第51頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼AOD爐（ArgonOxygenDe-Carburization）AOD爐的誕生

美國的合碳化物公司（UnionCarbideCorp）最早于1968年在喬林斯Joslyn鋼廠18噸氬氧精煉轉(zhuǎn)爐上開始了工業(yè)性生產(chǎn)。AOD冶煉不銹鋼與電爐相比，具有以下優(yōu)點：容易生產(chǎn)低碳和超低碳不銹鋼?？梢岳昧畠r的高碳鉻鐵和返回鋼生產(chǎn)不銹鋼。設(shè)備簡單，操作方便，基建投資少且經(jīng)濟(jì)效益顯著。當(dāng)前第52頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼AOD側(cè)吹原理當(dāng)前第53頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼AOD工藝控制-脫碳和鉻的氧化臨界點脫碳保鉻反應(yīng)當(dāng)熔池中碳含量大于臨界點時，脫碳反應(yīng)速率與碳含量無關(guān)，只與供氧強(qiáng)度有關(guān)，當(dāng)熔池中碳含量降至臨界點以下時，脫碳反應(yīng)速率與碳含量有關(guān)，并隨著碳含量降低而逐漸降低。當(dāng)前第54頁\共有64頁\編于星期四\16點第四章怎樣生產(chǎn)不銹鋼AOD工藝控制-CRE到了碳含量低于0.6%以后，就開始動態(tài)脫碳了，在這里引入一個在AOD冶煉不銹鋼中非常重要的概念—CRE（CarbonRemovalefficiency）

直譯是碳的去除效率，指的是吹入的氧氣用于脫碳