一文掌握不锈钢专业知识(建议收藏)/
2023-05-10 16:30:50 作者: 材易通 来源: 材易通 分享至:

 

 

 





什么叫不锈钢





01定义

不锈钢(Stainless Steel)是一种能够抵抗腐蚀的高合金钢。具有美观的表面,不必经过镀色或油漆等表面处理,所以很多机械厂为表明自己的是不锈钢,往往是不作任何油漆处理的,而黑材(所谓黑材就是一般钢铁的称呼)是必须进行防锈处理的。

耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢;而将耐化学腐蚀介质(酸、碱、盐等化学浸蚀)腐蚀的钢种称为耐酸钢。实际应用中常常将耐弱腐蚀介质腐蚀的钢称为不锈钢,而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异,前者不一定耐化学介质腐蚀,而后者则一般均具有不锈性。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。


02特性

不锈钢最基本的特性是它在大气条件下的耐锈性和在各种液体介质中有耐蚀性。这一特性与钢中的铬含量有直接关系,铬的存在使钢材表面生成一层看不见的膜,它能防止氧化,使材料“钝化”或者说抗腐蚀。添加其它如镍或钼等元素能提高抗腐蚀性、强度和耐温性。

耐蚀性随着铬含量的提高而增强。当铬含量达到10.5%以上时,钢的这一特征发生突变,从易生锈到不锈,从不耐蚀到耐腐蚀。而且含铬量从10.5%以后随着铬含量的不断提高,其耐锈性和耐蚀性也不断得到改善。一般不锈钢的最高铬含量为26%,更高的铬含量没有必要。


03分类

不锈钢钢种很多,性能又各异,常见的分类方法有:

  • 按钢的组织结构分类,如马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢等。

  • 按钢中的主要化学成分或钢中一些特征元素来分类,如铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等。

  • 按钢的性能特点和用途来分类,如耐硝酸(硝酸级)不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强度不锈钢等。

  • 按钢的功能特点分类,如低温不锈钢,无磁不锈钢,易切削不锈钢,超塑性不锈钢等。

目前最常用的分类方法是按钢的组织结构特点和按钢的化学成份特点以及两者相结合的方法来分类。

04不锈钢的形态

不锈钢可分为卷板、板材、型材、钢管和零部件五大类,最重要的是卷和板

型材就是由板做成的各种不同型状的材料,有角钢、扁钢、工字钢、槽钢。

钢管主要是指无缝钢管,和无缝钢管相对的就是焊管,区别在于是否一次成型。

零部件主要是指弯头和法兰和其他小东西。

卷材和板材实际上一样的,出厂形式不一样而已,卷材就是一卷一卷的,板材是一张一张的,如果出厂就是板材,也叫原装板,一般是厚板,因为很厚的话,是无法成卷的,一般16毫米以上就不能成卷了。

不锈钢板根据轧机(轧机是轧制板的机器名)轧制工艺的不同,分成热轧和冷轧,热轧通常标为NO.1冷轧标为2B或者BA(BA比2B的表面好、要亮,接近镜子,最好的就是镜面,镜面没有现货,都需要加工),比如304很多时候是采购板,那就意味着卷必须通过机器开平成板的形式,这种机器就是开平机。

国产冷轧一般在3毫米以下,热轧一般在3毫米以上,3毫米厚度的既有热轧,也有冷轧,但是进口的冷轧板厚度可以达到4毫米以下甚至6毫米以下。热轧3毫米到12毫米的板叫中板,12毫米以上的叫厚板,可以厚到120毫米以上,并称热轧中厚板,而冷轧就是冷轧薄板了。


05常见不锈钢牌号特性与用途

当然也有更为简易的分类,可以粗浅的将不锈钢分为200系列,300系列和400系列三大类,其中300系列是最常用的,200系列和400系列一定程上是300系列的替代品,而严格来讲400系列不叫不锈钢,叫不锈铁,因为里面不含镍元素,所以用磁铁可以吸引住。而200系列和300系列是有镍的,所以是没有磁性的,吸铁吸不住。304是300系列中最常见的品种,所以一般从304的价格变化可以判断出整个不锈钢的价格走势。200系列含镍少,400系列不含镍,300系列含镍最多,所以受镍价影响最大的是300系列。300系列可以简分为304、304L、316、316L、321、309S、310S等等,区分的依据是各种金属元素的含量不同,含量不同的不锈钢的特性也不相同,304和304L的区别在于碳(C)含量的不同,带L的是表示含碳低,也叫低碳,316和316L的区别也是一样。


06不锈钢的计算

不锈钢板理论重量计算:

板重=比重×厚度(mm)×宽度(m)×长度(m)

1毫米=100丝

不锈钢规格计算:

不锈钢管:(外径-壁厚)×壁厚×0.02491=Kg /m

不锈钢板:厚度*(宽度×长度)×比重==Kg/平方厘米

不锈钢板厚度*(宽度×长度)×比重==Kg/平方厘米

比重:

不同的不锈钢有不同的比重:

  • 400系列比重是7.75;

  • 304.321.304N.201.202.304L..301.比重是7.93;

  • 310S.309S.316.316L比重是7.98。







不锈钢的表面工艺






不锈钢具有独特的强度、较高的耐磨性、优越的防腐性能及不易生锈等优良特性。故广泛运用于环保行业,化工行业,机电行业,家用电器行业及家庭装潢,精饰行业。不锈钢的运用发展前景会越来越广,但不锈钢运用发展很大程度上决定于它的表面处理技术发展程度。


表面加工等级

表面处理方法

常用不锈钢表面处理有以下:

  • 表面本色白化处理

  • 表面镜面光亮处理

  • 表面着色处理







不锈钢的热处理





01铁素体不锈钢的热处理

铁素体不锈钢一般情况下是稳定的单一铁素体组织加热、冷却不发生相变,故不能用热处理方法调整力学性能,其主要目的是减小脆性和提高抗晶间腐蚀能力。


02奥氏体不锈钢热处理

奥氏体不锈钢中Cr、Ni等合金元素作用结果使Ms点降至室温以下(-30到-70℃)。保证奥氏体组织稳定,所以,加热、冷却时,在室温以上不发生相变。因此,奥氏体不锈钢热处理主要目的不是改变机械性能,而是提高耐蚀性。

03马氏体不锈钢热处理

马氏体不锈钢相对于铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢最突出的特点就是可以通过热处理方法,在很大范围内调整机械性能,以满足不同使用条件需要。不同的热处理方式对耐蚀性也有不同影响。

04铁素体-奥氏体双相不锈钢热处理

双相不锈钢是不锈钢家族中年轻一员,发展较晚,但其具有的特征得到广泛认同和重视。双相不锈钢的成分特点(高Cr、低Ni、加Mo、N)和组织特点,使其具有比奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢高的强度、塑性;相当于奥氏体不锈钢的耐蚀性;在cl-介质、海水中比任何不锈钢都高的抗点蚀、抗缝隙腐蚀和抗应力腐蚀破坏的能力。

05沉淀硬化不锈钢热处理

沉淀硬化不锈钢相对发展较晚,是在人类实践中经过试验、总结、创新的不锈钢种。先期出现的不锈钢中,铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢有较好的耐蚀性,但不能通过热处理方法调整机械性能,限制了它的作用。而马氏体不锈钢可以运用热处理方法,在较大范围内调整机械性能,但耐蚀性较差。






合金元素对不锈钢组织和性能的影响





01合金元素对铁的极化性能的影响

合金元素的种类及含量直接影响不锈钢的耐腐蚀性,合金元素的作用首先是对铁的极化性能和电极电位的影响。

常用的Fe、Cr、Ni、Ti等金属的阳极极化过程具有独特的极化形式。阳极通路后,阳极电位升高,阳极电流(腐蚀速度)随之变化,几乎有着相同的规律,极化曲线的典型形式如下图所示。随着阳极极化电位的升高,腐蚀电流不是均匀的降低,而是先增加,然后减少到最小,并保持这个电流经一定的电位升高阶段,然后电流再增加。这类极化曲线称为具有活化、钝化转变的阳极极化曲线,并把这类曲线分为3个区域:活化区(A)、钝化区(B)、过钝化区(T)。

极化作用对提高金属的耐腐蚀性意义很大,增强阳极极化或阴极极化的因素,都能提高金属的耐腐蚀性;去阳极极化或去阴极极化的因素,都将降低金属的耐腐蚀性。不同的合金元素对铁的极化性能影响不同。扩大钝化区的元素,即降低Ecp、P区电位和升高Er点电位的元素都提高钢的耐蚀性;凡使钝化性能增强,即Icp、I1点位置左移的元素,都会减小腐蚀电流,改善耐蚀性。凡使Er点电位升高的元素都有降低点腐蚀倾向,因为Er点电位低时,当电位在过钝化电位附近波动时,容易导致钝化膜局部击穿,产生点蚀。钢中常用的合金元素中,Cr元素能够强烈地提高纯铁的钝化性能,可以使Ecp、Ep、Er点电位升高,Icp、I1点位置左移,Cr是改善铁的耐蚀性最有效的元素。合金元素Ni、Si、Mo等也能不同程度的扩大钝化区,增强钝化性能。Mo不仅能增强铁的钝化性能,还能升高Er点的电位,从而提高铁的抗点蚀性能。


02对铁的电极电位的影响

一般金属固溶体的电极电位总是比其他化合物的电极电位低,所以在腐蚀过程中,金属固溶体总是作为阳极而被腐蚀。提高铁的电极电位,即可提高耐蚀性。

研究表明,当Cr加入铁中形成固溶体时,铁固溶体的电极电位能显著提高,如下图所示。材料电极电位的提高,可使材料的耐蚀性得到明显改善。

由于铬对铁钝化性能和电极电位的良好作用,使铬成为各种不锈钢的主要合金化元素。


03合金元素对不锈钢耐腐蚀性的影响

(1)铬

铬是决定不锈钢耐蚀性的主要元素,当铬含量(原子比)达到1/82/8….时,铁的电极电位就跳跃式地增加,耐蚀性也随之提高。铬元素是α稳定化元素。铬的氧化物比较致密,可形成耐蚀的保护膜。

(2)碳和氮

碳能强烈地稳定奥氏体,稳定奥氏体的能力约为Ni30倍;同时,又是不锈钢强化的主要元素;碳与铬能形成一系列碳化物,使不锈钢的耐蚀性受到严重影响;同时碳会使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏,使铁素体不锈钢变脆,因此在不锈钢的生产中和开发中,碳的应用和控制是一项重要的工作。

碳和铬的配合对形成不锈钢组织的影响如下图所示。图中表明,在含碳量较低,含铬量较高时,会获得铁素体组织;当含碳量较高,含铬量较低时,会得到马氏体组织。在铬不锈钢中,当含铬量在17%以下时,随着含碳量的增加,可以获得基体为马氏体的不锈钢。当含碳量较低,含铬量在13%时,就可以获得铁素体不锈钢。当含铬量从13%增加到27%时,由于铬含量增加,稳定铁素体的能力增加,钢中碳含量相应的增加(从0.05%0.2%),仍能保持铁素体基体。

(3)镍

镍是不锈钢中3个重要元素之一,镍能够提高不锈钢的耐蚀性;镍还是γ相稳定化元素,是不锈钢中获得单相奥氏体和促进奥氏体形成的主要元素。镍能有效地降低Ms点,使奥氏体能保持到很低的温度(-50℃以下)不发生马氏体转变。

镍含量的增加会降低CN在奥氏体钢中的溶解度,从而使碳氮化合物脱溶析出的倾向增加。随着镍含量的提高,产生晶间腐蚀的临界含碳量降低,即钢的晶间腐蚀敏感性增加。镍对奥氏体不锈钢的耐点腐蚀及缝隙腐蚀的影响并不显著。此外,镍还可以提高奥氏体不锈钢的高温抗氧化性能,这主要与镍改善铬的氧化膜的成分、结构和性能有关,但镍的存在会降低钢的抗高温硫化性能。

(4)锰

锰是比较弱的奥氏体形成元素,但具有强烈稳定奥氏体组织的作用。锰在奥氏体不锈钢中部分替代Ni,2%Mn相当1%Ni。锰也能提高铬不锈钢在有机酸如醋酸、甲酸和乙醇酸中的耐蚀性,而且比镍更有效。当钢中Cr含量大于14%时,仅靠加入Mn无法获得单一的奥氏体组织。由于不锈钢中Cr含量大于17%时才有比较好的耐蚀性,因此工业上已应用的Mn代Ni的奥氏体不锈钢主要是Fe-Cr-Mn-Ni-N型钢,如12Cr18Mn9Ni5N等,而无镍的Fe-Cr-Mn-N奥氏体不锈钢的用量较少。

(5)氮

氮元素在早期主要用于Cr-Mn-NCr-Mn-Ni-N奥氏体不锈钢中,以节约Ni元素。近年来氮已经成为Cr-Ni奥氏体不锈钢的重要合金元素。

在奥氏体不锈钢中加入氮,可以稳定奥氏体组织,提高强度、耐腐蚀性能,特别是局部耐腐蚀性能,如耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。在普通低碳、超低碳奥氏体不锈钢中,可以改善抗晶间腐蚀性能,其原因是氮影响敏化处理时碳化铬的析出过程,提高了晶界的铬浓度。在高纯奥氏体不锈钢中,没有碳化铬的沉淀析出。此时氮的作用有:一是氮增加钝化膜的稳定性,降低平均腐蚀率;二是含氮高的钢中虽有氮化铬析出,但氮化铬的沉淀速度很慢,敏化处理不会造成晶间贫铬,对晶间腐蚀影响很小。氮对磷在晶界偏聚有抑制作用,可以提高钢的耐晶间腐蚀作用。

目前应用的含氮奥氏体不锈钢主要以耐腐蚀为主,同时具有较高的强度;可以分为控氮型、中氮型和高氮型3种类型。控氮型是在超低碳(C≤0.02%~0.03%Cr-Ni奥氏体不锈钢中加入0.05%~0.10%N,用以提高钢的强度,同时优化钢的耐晶间腐蚀和耐应力腐蚀性能;中氮型含有0.10%~0.50%N,在正常大气压条件下冶炼和浇注;高氮型氮含量在0.40%以上,一般在增加压力的条件下冶炼和浇注,主要在固溶态或半冷加工态下使用,既具有高强度,又有耐腐蚀性。目前氮含量达到0.8%~1.0%水平的高氮奥氏体钢已获得实际应用并开始工业化生产。

(6)钛、铌、钼及稀土元素

钛和铌是强碳化物形成元素,可优先于铬同碳形成碳化物,防止晶间腐蚀,提高耐蚀性。钛和铌的加入必须与钢中的碳保持一定的比例。

钼能提高不锈钢的钝化能力,扩大其钝化介质范围,如在热硫酸、稀盐酸、磷酸和有机酸中。含钼的钝化膜在许多介质中具有很高的稳定性,不易溶解。可防止Cl-对钝化膜的破坏,所以含钼不锈钢具有抗点腐蚀的能力。

稀土元素如CeLaY等加入到不锈钢中,可以微量固溶在基体中,净化晶界,变质夹杂物,均匀组织,减少析出物的析出及在晶界的偏聚,从而改善钢的耐腐蚀性和力学性能。


04合金元素对不锈钢组织的影响

合金元素对不锈钢基体组织的影响可分为两大类:铁素体形成元素,如铬、铂、硅、钛、铌等;奥氏体形成元素,如碳、氮、镍、锰、铜等。当这两类作用不同的元素同时加入钢中时,不锈钢的组织就取决于它们的综合作用。为简单处理,将铁素体形成元素的作用折算成铬的作用,称为铬当量[Cr],而把奥氏体形成元素折成镍的作用,称为镍当量[Ni]。根据铬当量[Cr]和镍当量[Ni]制成图来表示钢的实际成分和所得到的组织状态,如下图所示。

由图可以看出12Cr18Ni9钢处于A相区,是奥氏体不锈钢;Cr28不锈钢处于铁素体相区,是铁素体不锈钢;30Cr13不锈钢处于马氏体相区,是马氏体不锈钢。要获得单相奥氏体组织,这两类合金元素必须达到某种平衡,否则钢中就会出现一定量的铁素体组织,成为复相组织。







不锈钢也会生锈






影响不锈钢锈蚀的主要因素有三点:
1、合金元素的的含量。一般地说铬的含量在10.5%钢就不易生锈了。铬镍的含量越高防腐性就越好,如304材质镍要的含量在8-10%,铬的含量达到18-20%,这样的不锈 钢在一般情况下是不会生锈的。
2、生产企业的冶炼工艺也会影响不锈钢的耐腐蚀性。冶炼技术好、设备先进、工艺先进的大的不锈钢厂无论是在合金元素的控制,杂质的去除、钢坯冷却温度的控制都能得到保证,因此产品质量稳定可靠,内在质量好,不易生锈。反之一些小的钢厂设备落后,工艺落后,冶炼过程中,杂质不能去除,生产的产品难免会生锈。
3、 外部环境,气候干燥通风好的环境不易生锈。而空气湿度大,连续阴雨天气、或空气中含酸碱度大的环境地区就易生锈。304材质不锈钢,如果周边环境太差也是会生锈的。

不锈钢出现锈斑该怎样处理?

1、化学方法用酸洗膏或喷雾辅助其锈蚀部位重新钝化形成氧化铬薄膜使其重新恢复耐腐蚀能力,酸洗之后,为了去除所有的污染物和酸残留物,用清水进行适当的冲洗非常重要。一切处理后用抛光设备重新抛光,用抛光腊封闭即可。对局部有轻微锈斑的也可用1:1的汽油、机油混合液用干净抹布擦去锈斑即可。


2、机械方法喷砂清理,用玻璃或陶瓷微粒喷丸清理,湮没,刷洗和抛光。用机械方法有可能擦去以前被清除的材料、抛光材料或湮没材料造成的污染。所有各种污染尤其是外来铁颗粒都可能成为腐蚀的来源,特别是在潮湿环境中。因此,机械清理表面最好应当在干燥条件下进行正规清理。使用机械法只能清理其表面,不能改变材料本身的抗腐蚀能力。因此建议在机械清理后用抛光设备重新抛光,用抛光腊封闭。

 

免责声明:本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有,如果涉及侵权,请第一时间联系本网删除。