通俗地說,不銹鋼就是不容易生銹的鋼。這種定義其實并不十分準確。
不銹鋼是指能耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質和酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質腐蝕的一類合金鋼,又稱不銹耐酸鋼。
實際應用中,常將耐弱腐蝕介質腐蝕的鋼稱為“不銹鋼”,而將耐化學介質腐蝕的鋼稱為“耐酸鋼”。常說的不銹鋼大都指前者。
不銹鋼是合金元素超過10%的高合金鋼,鐵是主要成分元素,鉻(gè)是第一主要的合金元素。鋼中的鉻容易與大氣中的氧起反應,形成一層致密的氧化鉻保護膜,覆蓋在不銹鋼的表面上,隔絕基體與外在環境的接觸,起到保護作用。
這種保護作用十分有效。在自然環境中,腐蝕1mm厚度的不銹鋼,需要將近百年。換句話說,若鉻的含量足夠(10.5%以上),在常溫大氣中,不銹鋼是不會生銹的。這樣卓越的耐蝕性能,其他鋼材望塵莫及。
除了鉻,不銹鋼通常還添加其他合金元素以提升不同方面的性能。總的來說,C、Mn、Cr、Ni、Mo是決定不銹鋼性能最重要的元素。
表 不銹鋼添加元素與性能的關系
目的 | 增加 強度 | 提高 耐蝕 | 改善 切削 | 增加 硬度 | 增加 韌性 |
添加 元素 | C,Mo,Ti, Al,Cu,N | Cr,Ni,Mo | S,P,Se | C,Mn | Ni |
不銹鋼通常有三種分類方法,按金相組織分類的方法最為常見。
?按美國鋼鐵協會(AISI)的標準分類 | |
200系 | 201、202… |
300系 | 301、302、304、316… |
400系 | 410、420、430… |
600系 | 630、631… |
?按合金成份分類 | |
Cr系 | 400系 |
Cr-Ni系 | 300系、600系、雙相鋼 |
Cr-Ni-Mn系 | 200系 |
?按金相組織分類 | |
奧氏體系 | 2xx、3xx |
鐵素體系 | 4xx:409、430、439、436、445… |
馬氏體系 | 4xx:410、416、420、431、440… |
析出硬化系 | 6xx(馬氏體、半奧氏體、奧氏體) |
雙相系 | 2101、2205… |
依據添加的元素及配比的不同,不同組織的不銹鋼表現出不同的性能。
特性 | 馬氏 體不 銹鋼 | 鐵素 體不 銹鋼 | 奧氏 體不 銹鋼 | 雙相 不銹 鋼 | 備注 | |
耐 蝕 性 能 | 耐大氣腐蝕 | 一般 | 良好 | 良好 | 良好 | 與添加的 合金元素 有關 |
耐酸性能 | 一般 | 良好 | 良好 | 良好 | ||
耐孔蝕、 間隙腐蝕 | 一般 | 良好 | 良好 | 良好 | ||
耐應力腐蝕 | 一般 | 良好 | 一般 | 良好 | ||
耐 熱 性 能 | 高溫強度 | 良好 | 稍差 | 良好 | 稍差 | 高溫脆性 |
高溫氧化、 硫化 | 一般 | 良好 | 良好 | —— | ||
熱疲勞 | 一般 | 良好 | 一般 | —— | ||
加 工 性 能 | 焊接性能 | 一般 | 一般 | 良好 | 良好 | |
冷加工(深沖) | 稍差 | 良好 | 良好 | 稍差 | ||
冷加工(漲形) | 稍差 | 一般 | 良好 | 稍差 | ||
切削性能 | 一般 | 一般 | 一般 | 一般 | ||
強 度 | 室溫強度 | 良好 | 一般 | 一般 | 良好 | |
低溫強度、 韌性 | 稍差 | 差 | 良好 | 差 | ||
疲勞、切口 敏感性 | 一般 | 一般 | 良好 | 一般 | ||
其 他 | 非磁性能 | 差 | 差 | 良好 | 差 | |
電熱性能 | —— | 良好 | 一般 | —— |
在各種不銹鋼中,300系列因為在硬度、耐蝕性、加工適合度等方面取得最佳的平衡,因此是不銹鋼材中應用最廣的種類,幾乎占了所有不銹鋼的七成。
在300系列不銹鋼中,304成分中含有18%的鉻和8%的鎳,是最普遍的不銹鋼種;而316則是添加了鉬,對于抗氯離子腐蝕的能力更勝于304,是第二普遍的不銹鋼種。
市售不銹鋼,最常見除304、316外,430因為較為廉價且硬度足夠,用途廣泛,可算第三普遍的不銹鋼種。
表 三種不銹鋼:304、316、430
牌號 | 304 | 316 | 430 |
組織 | 奧氏體 | 奧氏體 | 鐵素體 |
成分 | 18%Cr 8%Ni | 18%Cr 10%Ni 2%Mo | 18%Cr 0%Ni |
優點 | 耐蝕性好 | 適用于應力腐 蝕與鹽水環境 | 成本低 加工性佳 |
缺點 | 價格高 | 價格高 | 耐蝕性、焊接 性、延性皆差 |
用途 | 食品用具、建 材、機械工具 | 高級用具、 醫療用具 | 工業結構、 刀、剪 |
據統計不銹鋼有一百八十余種,加上各個不銹鋼廠家自行開發的特殊鋼種,數量更多。用戶面對這么多的牌號,不免有眼花繚亂之感。但是萬變不離其宗,所有的不銹鋼都從幾種基本的金相組織而來,并沒有那么難以理解。不過購買不銹鋼的確有需要注意的地方。
?不能依據是否生銹或是否有磁性來辨別不銹鋼。不銹鋼是否生銹與鋼種、使用場合及保養有關,并非絕對不生銹;是否帶磁也一樣,即使是奧氏體鋼的代表304,也會因冶煉過程中的成分偏析,或者受加工變形后,部分組織轉變而帶有弱磁性,更不用說430不銹鋼一直帶有強磁性了,是否帶磁對辨別不銹鋼只有部分參考作用。
?不銹鋼的標準。采購不銹鋼的時候應注意相應的標準。常見的標準有美標(AISI/ASTM)、日標(JIS)、德標(DIN)與國標(GB)。同樣一個鋼種,在不同的標準里,成分會略有差別。在要求嚴格的場合,這些差別會導致產品被判定為不合格。
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