201不銹鋼帶

201不銹鋼帶

不銹鋼，既有不銹性，又有耐酸性（耐蝕性）。不銹鋼的不銹性和耐蝕性是由于其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜）的形成。這種不銹性和耐蝕性是相對的。試驗表明，鋼在大氣、水等弱介質中和硝酸等氧化性介質中，其耐蝕性隨鋼中鉻含水量的增加而提高，當鉻含量達到一定的百分比時，鋼的耐蝕性發生突變，即從易生銹到不易生銹，從不耐蝕到耐腐蝕。不銹鋼的分類方法很多。按室溫下的組織結構分類，有馬氏體型、奧氏體型、鐵素體和雙相不銹鋼；按主要化學成分分類，基本上可分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大系統；按用途分則有耐硝酸不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐海水不銹鋼等等，按耐蝕類型分可分為耐點蝕不銹鋼、耐應力腐蝕不銹鋼、耐晶間腐蝕不銹鋼等；按功能特點分類又可分為無磁不銹鋼、易切削不銹鋼、低溫不銹鋼、高強度不銹鋼等等。由于不銹鋼材具有優異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度范圍內的強韌性等系列特點，所以在重工業、輕工業、生活用品行業以及建筑裝飾等行業中獲取得廣泛的應用。不銹鋼知識（系列 4）不銹鋼的物理化學機械特性  不銹鋼的物理性能主要用以下幾方面來表示：① 熱膨脹系數：因溫度變化而引起物質量度元素的變化。膨脹系數是膨脹－溫度曲線的斜率，瞬時膨脹系數是特定溫度下的斜率，兩個指定的溫度之間的平均斜率是平均熱膨脹系數。膨脹系數可以用體積或者是長度表示，通常是用長度表示。 ② 密度：物質的密度是該物質單位體積的質量，單位是 kg/m3 或 1b/in3 。 ③ 彈性模量：當施加力于單位長度棱住的兩端能引起物體在長度上的單位變化時，單位面積上所需的力稱為彈性模量。單位為 1b/in3 或 N/m3 。  ④ 電阻率：在單位長度立方體材料的兩對面之間測量的電阻，單位用 Ω?m ， μΩ?cm 或（已廢的） Ω/(circular mil.ft) 來表示。
⑤ 磁導率：無量綱系數，表示物質易被磁化的程度，是磁感應強度與磁場強度之比。 ⑥熔化溫度范圍：確定合金開始凝固和凝固完了的溫度。 ⑦比熱： 單位質量的物質溫度改變1度所需要的熱量。在英制和CGs制中二者比熱的數值相同，因為熱量的單位（Biu或cal)取決于單位質量的水升高1度聽需的熱量。國際單位制中比熱的數值與英制或CGS制是不同的，因為能量的單位（J）是按不同的定義定的。比熱的單位是Btu(1b?0F)及J/（kg ?k）。 ⑧熱導率：物質導熱的速率的量度。在單位截面積物質上建立單位長度上的1度的溫度梯度時，那么熱導率定義為單位時間傳導的熱量，熱導率的單位為 Btu/(h?ft?0F)或w/(m ?K)。  ⑨熱擴散率：是確定物質內部溫度前遷速率的一種性能，是熱導率對比熱和密度乘積的比值，熱擴散率單位以Btu/(h?ft?0F)或w/(m?k)表示。不銹鋼的性能與組織 目前已知的化學元素有100多種，在工業中常用的鋼鐵材料中可以遇到的化學元素約二十多種。對于人們在與腐蝕現象作長期斗爭的實踐而形成的不銹鋼這一特殊鋼系列來說，最常用的元素有十幾種，除了組成鋼的基本元素鐵以外，對不銹鋼的性能與組織影響最大的元素是：碳、鉻、鎳、錳、硅、鉬、鈦、鈮、鈦、錳、氮、銅、鈷等。這些元素中除碳、硅、氮以外，都是化學元素周期表中位于過渡族的元素。實際上工業上應用的不銹鋼都是同時存在幾種以至十幾種元素的，當幾種元素共存于不銹鋼這一個統一體中時，它們的影響要比單獨存在時復雜得多，因為在這種情況下不僅要考慮各元素自身的作用，而且要注意它們互相之間的影響，因此不銹鋼的組織決定于各種元素影響的總和。  1) 各種元素對不銹鋼的性能和組織的影響和作用 1-1. 鉻在不銹鋼中的決定作用：決定不銹鋼性屬的元素只有一種，這就是鉻，每種不銹鋼都含有一定數量的鉻。迄今為止，還沒有不含鉻的不銹鋼。鉻之所以成為決定不銹鋼性能的主要元素，根本的原因是向鋼中添加鉻作為合金元素以后，促使其內部的矛盾運動向有利于抵抗腐蝕破壞的方面發展。這種變化可以從以下方面得到說明：  ① 鉻使鐵基固溶體的電極電位提高 ② 鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化鈍化是由于陽極反應被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現象。構成金屬與合金鈍化的理論很多，主要有薄膜論、吸附論及電子排列論。
    1-2. 碳在不銹鋼中的兩重性
    碳是工業用鋼的主要元素之一，鋼的性能與組織在很大程度上決定于碳在鋼中的含量及其分布的形式，在不銹鋼中碳的影響尤為顯著。碳在不銹鋼中對組織的影響主要表現在兩方面，一方面碳是穩定奧氏體的元素，并且作用的程度很大（約為鎳的 30 倍），另一方面由于碳和鉻的親和力很大，與鉻形成—系列復雜的碳化物。所以，從強度與耐腐燭性能兩方面來看，碳在不銹鋼中的作用是互相矛盾的。
    認識了這一影響的規律，我們就可以從不同的使用要求出發，選擇不同含碳量的不銹鋼。
    例如工業中應用最廣泛的，也是最起碼的不銹鋼 ——0Crl3-4Cr13 這五個鋼號的標準含鉻量規定為 12-14 ％，就是把碳要與鉻形成碳化鉻的因素考慮進去以后才決定的，目的即在于使碳與鉻結合成碳化鉻以后，固溶體中的含鉻量不致低于 11.7 ％這一最低限度的含鉻量。     就這五個鋼號來說由于含碳量不同，強度與耐腐蝕性能也是有區別的， 0Cr13~2Crl3 鋼的耐腐蝕性較好但強度低于 3Crl3 和 4Cr13 鋼，多用于制造結構零件，后兩個鋼號由于含碳較高而可獲得高的強度多用于制造彈簧、刀具等要求高強度及耐磨的零件。又如為了克服 18－8 鉻鎳不銹鋼的晶間腐蝕，可以將鋼的含碳量降至 0.03 ％以下，或者加入比鉻和碳親和力更大的元素（鈦或鈮），使之不形成碳化鉻，再如當高硬度與耐磨性成為主要要求時，我們可以在增加鋼的含碳量的同時適當地提高含鉻量，做到既滿足硬度與耐磨性的要求，又兼顧 — 定的耐腐蝕功能，工業上用作軸承、量具與刃具有不銹鋼 9Cr18 和 9Cr17MoVCo 鋼，含碳量雖高達 0.85-0.95 ％，由于它們的含鉻量也相應地提高了，所以仍保證了耐腐蝕的要求。
    總的來講，目前工業中獲得應用的不銹鋼的含碳量都是比較低的，大多數不銹鋼的含碳量在 0.1-0.4 ％之間，耐酸鋼則以含碳 0.1~0.2 ％的居多。含碳量大于 0.4 ％的不銹鋼僅占鋼號總數的一小部分，這是因為在大多數使用條件下，不銹鋼總是以耐腐蝕為主要目的。此外，較低的含碳量也是出于某些工藝上的要求，如易于焊接及冷變形等。
    1-3. 鎳在不銹鋼中的作用是在與鉻配合后才發揮出來的
    鎳是優良的耐腐蝕材料，也是合金鋼的重要合金化元素。鎳在鋼中是形成奧氏體的元素，但低碳鎳鋼要獲得純奧氏體組織，含鎳量要達到 24 ％；而只有含鎳 27 ％時才使鋼在某些介質中的耐腐蝕性能顯著改變。所以鎳不能單獨構成不銹鋼。但是鎳與鉻同時存在于不銹鋼中時，含鎳的不銹鋼卻具有許多可貴的性能。
    基于上面的情況可知，鎳作為合金元素在不銹鋼中的作用，在于它使高鉻鋼的組織發生變化，從而使不銹鋼的耐腐蝕性能及工藝性能獲得某些改善。
    1-4. 錳和氮可以代替鉻鎳不銹鋼中鎳
    鉻鎳奧氏體鋼的優點雖然很多，但近幾十年來由于鎳基耐熱合金與含鎳 20 ％以下的熱強鋼的大量發展與應用，以及化學工業日益發展對不銹鋼的需要量越來越大，而鎳的礦藏量較少且又集中分布在少數地區，因此在世界范圍內出現了鎳在供和需方面的矛盾。所以在不銹鋼與許多其他合金領域（如大型鑄鍛件用鋼、工具鋼、熱強鋼等）中，特別是鎳 的資源比較缺乏的國家，廣泛地開展了節鎳和以其他元素代鎳的科學研究與生產實踐，在這方面研究和應用比較多的是以錳和氮來代替不銹鋼與耐熱鋼中的鎳。
    錳對于奧氏體的作用與鎳相似。但說得確切一些，錳的作用不在于形成奧氏體，而是在于它降低鋼的臨界淬火速度，在冷卻時增加奧氏體的穩定性，抑制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫。在提高鋼的耐腐蝕性能方面，錳的作用不大，如鋼中的 含錳量從 0 到 10.4% 變化，也不使鋼在空氣與酸中的耐腐蝕性能發生明顯的改變。這是因為錳對提高鐵基固溶體的電極電位的作用不大，形成的氧化膜的防護作用也很低，所以工業上雖有以錳合金化的奧氏體鋼（如 40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN 、ZGMn13 鋼等），但它們不能作為不銹鋼使用。 錳在鋼中穩定奧氏體的作用約為鎳的二分之一，即 2 ％的氮在鋼中的作用也是穩定奧氏體，并且作用的程度比鎳還要大。例如，欲使含 18 ％鉻的鋼在常溫下獲得奧氏體組織，以錳和氮代鎳的低鎳不銹鋼與元鎳的鉻錳氮不誘鋼，目前已在工業中獲得應用，有的已成功地代替了經典的 18-8 鉻鎳不銹鋼。
    1-5. 不銹鋼中加鈦或鈮是為了防止晶間腐蝕。
    1-6. 鉬和銅可以提高某些不銹鋼的耐腐蝕性能。
    1-7. 其他元素對不銹鋼的性能和組織的影響
    以上主要的九種元素對不銹鋼的性能和組織的影響，除這些元素對不銹鋼性能與組織影響較大的元素以外，不銹鋼中還含有一些其他的元素。有的是和一般鋼一樣為常存雜質元素，如硅、硫、磷等．也有的是為了某些特定的目的而加入的，如鈷、硼、硒、稀土元素等。從不銹鋼的耐腐蝕性能這一主要性質來說，這些元素相對于已討論的九種元素，都是非主要方面的，雖然如此，但也不能完全忽略，因為它們對不銹鋼的性能與組織同樣也發生影響。
    硅是形成鐵素體的元素，在一般不銹鋼中為常存雜質元素。
    鈷作為合金元素在鋼中應用不多，這是因為鈷的價格高及其在其它方面（如高速鋼、硬質合金、鈷基耐熱合金、磁鋼或硬磁合金等）有著更重要的用途。在一般不銹鋼中加鈷作合金元素的也不多，常用不銹鋼如 9Crl7MoVCo 鋼（含 1.2-1.8 ％鈷）加鈷，目的并不在于提高耐腐蝕性能而在于提高硬度，因為這種不銹鋼的主要用途是制造切片機械刃具、剪刀及手術刀片等。
    硼：高鉻鐵素體不銹鋼 Crl7Mo2Ti 鋼中加 0.005 ％硼，可使在沸騰的 65 ％醋酸中的耐腐蝕性能提高。加微量的硼（ 0.0006-0.0007 ％）可使奧氏體不銹鋼的熱態塑性改善。少量的硼由于形成低熔點共晶體，使奧氏體鋼焊接時產生熱裂紋的傾向增大，但含有較多的硼（ 0.5-0.6 ％）時，反而可防止熱裂紋的產生。因為當含有 0.5-0.6 ％的硼時，形成奧氏體－硼化物兩相組織，使焊縫的熔點降低。熔池的凝固溫度低于半溶化區時，母材在冷卻時產生的張應力，由處于液態．固態的焊縫金屬承受，此時是不致引起裂縫的，即使在近縫區形成了裂紋，也可以為處于液態－固態的熔池金屬所填充。含硼的鉻鎳奧氏體不銹鋼在原子能工業中有著特殊的用途。
    磷：在一般不銹鋼中都是雜質元素，但其在奧氏體不銹鋼中的危害性不像在一般鋼中那樣顯著，故含量可允許高一些，如有的資料提出可達 0.06 ％，以利于冶煉控制。個別的含錳的奧氏體鋼的含磷量可達 0 .06 ％（如 2Crl3NiMn9 鋼）以至 0.08 ％（如 Cr14Mnl4Ni 鋼）。利用磷對鋼的強化作用，也有加磷作為時效硬化不銹鋼的合金元素，PH17 － 10P 鋼 ( 含 0.25 ％磷 ) 乃 PH － HNM 鋼（含 0.30 磷）等。