不锈钢及其应用

1、不锈钢及其应用 不锈钢具有较好的强度、较高的耐磨性、优越的防腐性能及不易生锈等优良的特性，因此广泛应用于各个行业。但由于不锈钢材料具有韧性大、热强度高、导热系数低、加工硬化严重、散热困难等诸多特性,如不能正确认识不锈钢材料,在经过铣削、退火、正火、淬火、冲裁、成型及焊接等加工过程时，不但加工困难，而且在加工表面将会产生很多缺陷，如焊接后的焊缝、铁锈、黄斑、划痕、毛刺、热回火等。这些缺陷不仅不美观而且会降低其力学性能及化学性能,损伤了不锈钢制品的价值，因此在运用中应掌握相应知识。1、不锈钢的定义不锈钢（Stainless Steel）指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀

2、的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，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。所有的不锈钢都具有一种共同的特性，即WCr均在105以上。2、不锈钢耐腐蚀机理在铬的添加量达到105（质量）时，钢的耐大气腐蚀性能显著增加，原因是用铬对钢进行合金化处理时，铬把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种富铬氧化物紧密粘附在表面，防止进一步地氧化。这种氧化层极薄，透过它可以看到钢表面的自然光泽，使不锈钢具有独特的表面。而且如果损坏了表层，所

3、暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理，重新形成这种氧化物"钝化膜"，继续起保护作用。但铬含量更高时，尽管仍可提高耐腐蚀性，但不明显。 3、不锈钢分类及介绍不锈钢按基体显微组织通常分为：铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体 - 铁素体双相不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。3.1铁素体不锈钢。3.1.1铁素体注不锈钢是指含有大于12 %铬在铁中的间隙固溶体，具有体心立方晶体结构。通常其含铬量1230，含碳量大多数低于0. 12 %，还会添加铁素体的形成元素如Al 、Mo 等，有时还含有少量Ti、Nb等到稳定元素，一般不含镍。常温下它具有强烈的磁性,不能用淬火方法使之硬化。随

4、含铬量的增加其耐蚀性而提高、而韧性和可焊性变差，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸注腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。3.1.2铁素体不锈钢可分为普通类和高纯类;按铬含量又可分为低铬类和高铬类。普通铁素体不锈钢(1) 12 %14 %Cr低铬型钢只有在碳含量很低的情况下,才属于铁素体型不锈钢,如00Cr12 、0Cr13 等。有的还加有少量铁素体形成元素Al 的钢,如0Cr13Al 等。低铬铁素体不锈钢综合性能良好,但耐蚀性不如高铬类。

5、(2) 16 %18 %Cr中铬型钢只有在碳含量较低时(一般碳不大于0. 12 %) ,才属于铁素体型不锈钢,例如0Cr17Ti 、1Cr17Mo 等钢。当铬低碳高时,会有一定数量的珠光体如1Cr17 钢。碳含量更高时,如7Cr17 等钢,已属于马氏型不锈钢。总之,Cr17 型不锈钢是否属于铁素体型,主要取决于含碳量和是否添加铁素体形成元素。(3) 25 %30 %Cr高铬型钢因含铬量很高,均为铁素体组织。在铁素体不锈钢中是耐蚀性能和抗高温氧化性能最好的一类。但因铬含量高,普通铁素体型不锈钢的多种脆性等缺点更加突出和严重。高纯高铬铁素体不锈钢为了改善普通高铬铁素体不锈钢的耐非氧化性介质和耐点蚀

6、、缝隙腐蚀等性能,并延缓晶界腐蚀。通常需添加1 %4 %的Mo ,并严格控制间隙元素C + N的总量，以得到高纯高铬铁素体不锈钢。在C + N 总含量极低时,经焊接或高温固溶淬火后,可以消除晶间腐蚀敏感性。生产方法有大型真空感应炉冶炼和炉外精炼（AOD或VOD）等。炉外精炼辅以加入稳定化元素(如钛、铌等)，可适当放宽控制含量。 一般有高纯级C + N 0. 01 %0. 015 %、超低级C + N =0.015%-0. 03 % 和低级C + N = 0.035 %0.045 % 3种高铬铁素体不锈钢。高纯高铬铁素体不锈钢在一定程度上能克服普通铁素体不锈钢的某些缺点和不足，使之得到更广泛应用

7、。3.1.3普通铁素体不锈钢存在的主要问题脆性转变温度和缺口敏感性；475脆性注和相脆性注；高温脆性晶间腐蚀敏感性。一般通过相应的后热处理工序及控制好化学成分可以解决上述问题。3.1.4铁素体不锈钢的耐蚀性能铁素体不锈钢对晶间腐蚀的敏感性较高,但在氯化物介质中具有良好的抗应力腐蚀开裂性能,比铬镍奥氏体不锈钢优越得多,在含微量氯离子和氧的热水和高温水的介质中以及在苛性钠的溶液中,也表现出优异的抗应力腐蚀开裂性能。铁素体不锈钢对硝酸等氧化性介质有良好的耐蚀性能,与同等铬含量的镍铬奥氏体不锈钢相当,随着铬含量的增加,其耐蚀性能也增加。但对还原性介质,铁素体不锈钢的耐蚀性则不如铬镍奥氏体不锈钢。以上是

8、铁素体不锈钢耐蚀性能的一般特点,但各类铁素体不锈钢的耐蚀性能及其应用又有不同。在日本和美国等国家铁素体不锈钢用400系列的数字表示。如430和446等。 3.2奥氏体不锈钢。在常温下具有奥氏体组织的不锈钢，具有面心立方晶体结构，是铬、镍等元素在-Fe 中形成的间隙固溶体。 其成分特点是含有较高的铬( 18 %) 、镍(8 %25 %) 及其它提高耐蚀性的元素(如钼、铜、硅、铌、钛等) 。为了使铬镍钢保持完全奥氏体组织,钢中的镍含量应不少于下列经验公式的数值Ni(%) =1. 1 (Cr+Mo+1.5Si+1.5Nb)-0.5Mn-30C-8.2奥氏体不锈钢按其组成可分为Cr-Ni系奥氏体不锈钢

9、和Cr-Mn-N 系( 含Cr-Mn-Ni-N)奥氏体不锈钢。Cr-Ni系奥氏体不锈钢按Cr 、Ni的含量又可分为三组:即18-8型:如304不锈钢;18-12型:如316不锈钢;20-25型:如Sandvik 2RK65 ,AL26X ,904L 等。0Cr18Ni9即是经典的18-8型奥氏体不锈钢，钢中含Cr约18%、Ni 8%-10%、C约0.1%，具有稳定的奥氏体组织。如在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素就可成为高Cr-Ni系列钢。镍铬奥氏体中的镍,用锰和氮部分或全部取代之,即组成Cr-Mn-N （Cr-Mn-Ni-N）系奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢主要

10、特点是在室温下无磁性且具有高韧性和塑性，钢的屈强比低（一般认为材料的屈强比小于 0.8 则其折弯性能良好）, 焊接性能良好,易于冶炼及铸锻热成形。但强度较低（相对其它不锈钢），且不能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。总之奥氏体类不锈钢不但有良好的耐蚀性,而且还有良好的力学性能和工艺性能,从而在机械设备上获得了广泛的应用。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。耐全面腐蚀性能：铬镍奥氏体不锈钢的最重要和最可贵的特性,是在许多介质中具有优良的耐全面腐蚀性能。一般18-8型铬镍奥氏体不锈钢对氧化性介质,如大气、稀的和中等浓度的硝酸以及浓硫酸等是耐蚀的。在较弱的有机酸、柠檬酸、

11、硬脂酸、硼酸、苦味酸、乳酸等以及果汁和酚中,腐蚀率非常小。在任何浓度的醋酸中都稳定,唯有在沸腾冰醋酸中不耐蚀。在还原性的亚硫酸中有显著的腐蚀现象,在磷酸中室温时是稳定的。18-8钢在氢氧化钠和氢氧化钾溶液中在相当宽的浓度和温度范围内,其耐全面腐蚀性能都是相当好的。如添加钼、铜、硅等元素的奥氏体不锈钢可改善对有机酸和某些还原性酸耐蚀性能。含钼、铜、硅的奥氏体不锈钢在硫酸介质中有更好的耐蚀性( 下图) 。如:0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti ,ZG1Cr24Ni20Mo2Cu3 钢等,被广泛用于制作化学工业中接触硫酸的通用机械设备如泵、阀门等。如添加Mo、Cu等元素能改善奥氏体不锈钢对磷酸以及甲

12、酸、醋酸、尿素等的腐蚀。高硅的奥氏体不锈钢对浓硝酸有良好的耐蚀性。总之奥氏体不锈钢对氧化性酸、还原性酸及有机酸都有较好的耐全面腐蚀性能。耐晶界腐蚀性能：奥氏体不锈钢在焊接和热处理过程中,其所含杂质如C、N、P 和Si 等的化合物和沉淀相会在晶界析出和偏析,使钢在弱氧化性介质中可能遭受晶间腐蚀,这种局部腐蚀使不锈钢失去了机械强度,导致结构或设备的损坏,危害性很大。晶间腐蚀可用贫铬理论来解释:由于在晶界析出富铬碳化物(Cr23C6 等) ,造成晶界附近贫铬区,使其铬含量低于12 %。在钢与介质共同决定的腐蚀电位下,凡是晶界区物质的溶解电流密度远大于晶粒本体的溶解电流密度,均可能产生晶间腐蚀。使奥氏

13、体不锈钢的含碳量低于0.03%或添加Ti、Nb等稳定化元素可显著提高其耐晶间腐蚀性能。奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性随含碳量的增多而增大,当钢中含碳量在0. 03 %以下的,对晶间腐蚀就不太敏感,因此超低碳的奥氏体不锈钢,例如ZG00Cr18Ni10 ,00Cr19Ni11 及00Cr17Ni14Mo2 等钢具有较好的抗晶间腐蚀性能。含有足够量稳定化元素(Ti 或Nb) 的奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力比不含稳定化元素的钢高,有良好的耐晶间腐蚀性能。当以钛稳定化的18-8Ti 奥氏体不锈钢所存在的碳化钛(TiC) ,在某些强氧化性酸中(如浓硝酸) 可能被腐蚀时,宜采用以铌稳定化的不锈钢,如347、0C

14、r18Ni11Nb钢等,最好采用超低碳的奥氏体不锈钢,如ZG00Cr18Ni10 和00Cr19Ni11等。需指出的是,含钼的超低碳铬镍奥氏体不锈钢在强氧化性介质中,可能发生晶间腐蚀。节镍的Cr-Mn-Ni-N 钢(如ZG1Cr18Mn8Ni4N) 虽有晶间腐蚀倾向,但并不比未经稳定化的18-8 铬镍奥氏体钢严重,且在相同的腐蚀率下,其所允许的极限含碳量要比18-8 钢高得多。因此完全可以代替1Cr18Ni9 或部分代替1Cr18Ni9Ti 钢,用以生产制造在腐蚀性不太强的介质中使用的铸件、锻件及焊接件。耐点蚀和缝隙腐蚀性能：提高不锈钢耐点蚀和缝隙腐蚀性能最有效的元素是铬、钼和氮;其次是镍、锰

15、、铜、铼、硅、矾,而碳、铌、钛、铈等是有害的。因此含Mo的Cr2Ni2Mo 奥氏体不锈钢比不含Mo 的有着更好的耐点蚀和缝隙腐蚀性能。例如0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2 及0Cr19Ni13Mo3 三种奥氏体不锈钢,它们的耐点蚀和缝隙腐蚀性能按0Cr19Ni9 0Cr17Ni12Mo2 0Cr19Ni13Mo3 顺序增高。耐应力腐蚀开裂性能：奥氏体不锈钢的一个严重缺点就是对应力腐蚀开裂非常敏感,铬镍奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂事故占其整个湿态腐蚀事故的首位(40 %60 %) 。所谓应力腐蚀开裂,就是不锈钢在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力(包括外加应力和内部残余应力)作用下所出现的低

16、于强度极限的脆性开裂现象。引起应力腐蚀开裂的介质环境很多,有氯化物、硫化物苛性碱等。氯化物的浓度和温度不仅影响到奥氏体不锈钢的应力腐蚀断裂时间,而且也影响到腐蚀断裂过程的性质,一般认为,随着浓度和温度的升高,钢的应力腐蚀断裂敏感性增大,寿命缩短,但MgCl2 浓度高于42 % ,全面腐蚀率逐渐增加,破断时间反而延长。镍对其提高耐应力腐蚀开裂性能的作用非常大。因此含镍量高的奥氏体不锈钢,其抗应力腐蚀开裂的性能比含镍量低的钢更强。常用奥氏体不锈钢抗应力腐蚀开裂能力的强弱顺序大致如下:1Cr17Mn6Ni5N < 0Cr18Ni9 < 00Cr19Ni11 <0Cr17Ni12Mo

17、2 < 00Cr17Ni14Mo2 < 0Cr25Ni20。铁素体相对奥氏体不锈钢性能的影响铁素体相（F）相的出现一般都对奥氏体不锈钢的性能带来不利的影响：如使热加工产生裂纹的倾向性增大；钢的耐点蚀性下降，在诸多腐蚀环境（如尿素生产）中耐蚀性劣化；在高温下加长时间加热时，F相会转变为相使钢变脆等等。铁素体相的形成与含量的粗略判定Cr当量=Cr%+1.5×Si%+Mo%+ + 0. 5 ×Nb %；Ni当量=Ni%+30×(C+N) %+0.5×Mn%舍菲利尔组织图A. 奥氏体M. 马氏体F. 铁素体铁素体相的消除根本的办法是提高钢中奥氏体形成

18、元素的含量。Ni是首选的元素，但是从经济的角度出发，Mn和N也受到人们的重视。特别是N，其抑制铁素体形成的能力为Ni的30倍，同时又有改善耐蚀性和提高强度的作用。在日本和美国等国家奥氏体型不锈钢用200和300系列的数字标示。其中200 系列为铬-镍-锰奥氏体不锈钢，300 系列为铬-镍奥氏体不锈钢，如201、304、310、316等。3.3奥氏体 - 铁素体双相不锈钢（Duplex Stainless Steel，简称DSS）常温下具有近似50%的奥氏体组织和近似50%铁素体组织 ( 一般铁素体占50 %70 % ,奥氏体占50 %30 %)，兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。相

19、比例成分可根据舍菲利尔组织图计算，为使焊接接头具有良好性能,应避免在熔合线附近的热影响区形成单相的铁素体组织,其铬镍当量应满足如下关系式:铬当量 - 镍当量+ 11. 59 < 7双相不锈钢一般含C较低，Cr含量在18%-28%，Ni含量在3%-10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。与铁素体相比：优点：综合力学性能比铁素体不锈钢好，塑性、韧性更高，不像铁素体不锈钢那样对脆性敏感。固溶态的延伸率达到25%，韧性值AK（V型槽口）在100J以上。除耐应力腐蚀性能外，其他耐腐蚀性能都优于铁素体不锈钢；冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢；焊接性能也远优于铁素体

20、不锈钢，热裂倾向小，一般焊前不需预热，焊后不需热处理，可与18-8型奥氏体不锈钢或碳钢等异种焊接。应用范围较铁素体不锈钢宽；无室温脆性；耐晶间腐蚀性能显著提高；缺点：合金元素含量高，价格相对高，一般铁素体不锈钢不含镍。与奥氏体不锈钢相比优点： 屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少30-50%，有利于降低成本；具有优异的耐应力腐蚀破裂和耐氯化物应力腐蚀的能力，即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。在微量

21、氯化物及硫化氢工业介质中用这类不锈钢制造的热交换器、蒸发器等设备都存在着产生应力腐蚀断裂的倾向，而双相不锈钢却有良好的抵抗能力。在许多介质中应用最普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的 316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，再一些介质中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金；耐晶间腐蚀能力有明显提高，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，具有良好的耐局部腐蚀性能 (如晶间腐蚀、点腐蚀等)；耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢，在某些腐蚀介质的条件下，适用于制作泵、阀等动力设备；比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的

22、工程意义，如生产复合板或衬里等。导热系数高，也适合制作热交换器的管芯，换热效率比奥氏体不锈钢高；不论在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞，爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用价值；双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能；是一种节镍不锈钢。缺点：应用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢，例如具有高铬铁素体不锈钢的各种脆性倾向，如475和相脆性等，其使用温度必须控制在250-300以下。双相不锈钢中含铬量愈低，等脆性相的危害性也愈小；其塑韧性较奥氏体不锈钢低，冷，热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。冷加工时比18-8型奥氏体不锈钢加工硬化效应大，在管、板承

23、受变形初期，需施加较大应力才能变形；存在中温脆性区，需要严格控制热处理和焊接的工艺制度，以避免有害相的出现，损害性能。3.4马氏体不锈钢 一般含铬量在12 %18 %之间,含碳量在0. 1 %1. 0 %范围内。通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，淬火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。其耐腐蚀性来自“铬”，其范围是从11.5至18%，铬含量愈高的钢材需要的碳含量愈高，以确保在热处理期间马氏体的形成。马

24、氏体不锈钢具备高强度和耐蚀性，可以用来制造机器零件如蒸汽涡轮的叶片（1Cr13）、蒸汽装备的轴和拉杆（2Cr13），以及在腐蚀介质中工作的零件如活门、螺栓等（4Cr13）。碳含量较高的钢号（4Cr13、9Cr18）则适用于制造医疗器械、餐刀、测量用具、弹簧等。与铁素体不锈钢相似，在马氏体不锈钢中也可以加入其它合金元素来改进其他性能如：1.加入0.07%S或Se改善切削加工性能，例如1Cr13S或4Cr13Se；2.加入约1%Mo及0.1% V，可以增加9Cr18钢的耐磨性及耐蚀性；3.加入约1Mo-1W-0.2V，可以提高1Cr13及2Cr13钢的热强性。马氏体不锈钢与调质钢一样，可以使用淬火

25、、回火及退火处理。其力学性质与调质钢也相似：当硬度升高时，抗拉强度及屈服强度升高，而伸长率、截面收缩率及冲击吸收功则随着降低。 马氏体不锈钢的耐蚀性主要取决于铬含量，而钢中的碳由于与铬形成稳定的碳化铬，又间接的影响了钢的耐蚀性。因此同样Cr含量，碳含量越低，则耐蚀性越高。如1Cr13、2Cr13、3Cr13及4Cr13四种钢，其耐蚀性与强度的顺序恰好相反。在日本和美国等国家马氏体不锈钢使用403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B和440C等标示。3.5沉淀硬化不锈钢 是通过热处理析出微细的金属间化合物和某些少量碳化物以产生沉淀硬化,而获得高强度和一定耐

26、蚀性相结合的高强不锈钢,它兼有铬镍奥氏体不锈钢耐蚀性好和马氏体铬钢强度高的优点。其化学成分除铬、镍元素以外,还含有直接或间接导致沉淀相形成的Ti 、Nb、Al 、Mo 、Co 、Cu 等合金元素,且碳含量很低,一般为低碳或超低碳。高铬能使钢具有高耐蚀性和高淬透性,低碳是为了避免与铬结合降低耐蚀性,并保证钢的可焊性。镍的作用是多方面的,但主要是使钢奥氏体化,并调整钢的相变点,特别是马氏体转变温度Ms ,以及与其它元素形成沉淀硬化相,如Ni3Mo 、Ni3Nb、Ni3Al 等。钼主要增加耐蚀性和形成硬化相, 如Fe2Mo 、Ni3Mo 及x 相等。钴不形成沉淀相,其主要作用是强化基体和限制其他元素

27、在基体中的溶解度,以及调整马氏体点和促使其他元素较多较快地形成沉淀相。沉淀硬化不锈钢的工艺性能可参考相近成分的奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢的有关工艺性能。沉淀硬化不锈钢的耐腐蚀性能沉淀硬化不锈钢兼有强度高、耐蚀性好的特点,这类钢的耐蚀性能,不但与成分有关,且与热处理,特别是与时效温度密切相关。微细相的析出或时效反应对耐腐蚀性能有害。但能提高钢的强度和硬度;若进行过时效处理,常对耐蚀性能有利,但会降低强度。 沉淀硬化不锈钢的耐全面腐蚀性能：典型的马氏体型1724PH 钢(0Cr17Ni4Cu4Nb)的耐蚀性通常与18-8 型奥氏体不锈钢相当,比铬不锈钢好。因1724PH 钢时效析出富铜相,故在氧化

28、性酸(如HNO3) 中时效态比固溶态的耐蚀性差,在还原性酸(如H2SO4 ) 中耐蚀性较好。1727PH 钢的耐蚀性接近于1724PH 钢,在氧化性酸中耐蚀性良好,但不能用于H2SO4 、HCl等还原性酸中。为了改善在还原性酸中的耐蚀性,钢中加铜、钼是有利的。在此基础上发展1626MoCu、PH1527Mo 、AM350 、AM355 等钢种。耐局部腐蚀性能沉淀硬化不锈钢属于高强度不锈钢,在实际工程应用中应特别注意两种腐蚀破坏形式;即氢脆和应力腐蚀开裂,因这两种腐蚀形式对高强度和内部组织特别敏感。在日本和美国等国家常用600 系列代码标示马氏体沉淀硬化不锈钢。630为最常用的沉淀硬化不锈钢型号

29、，通常也叫17-4； Cr17%， Ni4%。4.不锈钢和碳钢的物理性能和力学（机械）性能对比碳钢的密度略高于铁素体和马氏体型不锈钢，而略低于奥氏体型不锈钢；电阻率按碳钢、铁素体型、马氏体型和奥氏体型不锈钢排序递增；线膨胀系数大小的排序也类似，奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小；常温下碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性。常温下奥氏体型不锈钢无磁性，但其冷加工硬化生成马氏体相变时将会产生磁性，可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。双相不锈钢的线膨胀系数和碳钢接近，导热系数比奥氏体型高， 双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢具有磁性。不锈钢与碳钢（大多数金属）一样，随着温度的上升，抗拉强度、屈服强度

30、、硬度和刚度下降，电阻率、线膨胀系数、冲击吸收功和塑性增加；随着温度下降抗拉强度、屈服强度、硬度和刚度增加，但不锈钢冲击吸收功和塑性下降缓慢，并不存在脆性转变温度，所以不锈钢在低温时能保持足够的塑性和韧性。 奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点：1）高的电阻率，约为碳钢的5倍。2）大的线膨胀系数，比碳钢大40，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地提高。3）低的热导率，约为碳钢的1/3，约为 16. 3322. 2w / (m·k) 。5.不锈钢加工5.1不锈钢的切削与45钢相比不锈钢属于难加工材料, 不锈钢属于难加工材料,如奥氏体不锈钢的相对加工性系数为0. 50. 7;奥氏

31、体+铁素体不锈钢的相对加工性系数为0. 40. 6;硬度HRC > 35的马氏体不锈钢的相对加工性系数为0. 50. 6。其中奥氏体不锈钢和双相不锈钢切削性能最差,铁素体不锈钢和马氏体不锈钢由于其综合力学性能比较适中,切削加工难度较小。5.1.1不锈钢在加工中的特点：a) 加工硬化倾向大,高温强度高，切削力大，刀具磨损严重。不锈钢的强度和硬度一般与中碳钢相近,但其塑性较高,以奥氏体不锈钢1Gr18Ni9Ti（SUS304）为例,其延伸率超过45钢1. 5 倍以上,因此切削过程中,塑性变形大,使切削力增加。同时不锈钢加工硬化严重,热强度高, 剪切滑移区的切应力增大，进一步增加了切削抗力。1

32、Gr18Ni9Ti单位切削力比正火状态的45钢约高25%。加之不锈钢材料中的高硬度碳化物(如TiC等)形成的硬度点，从而使刀具磨损加剧; b) 切削温度高，加速刀具磨损。这主要由于: 1)切削抗力大,消耗功率多; 2)导热性差(导热系数一般约为中碳钢的1/3) ,使切削区和刀面上的温度升高,例如在相同条件下,1Cr18Ni9Ti的切削温度比45钢高200-300左右;c) 塑性高, 韧性大，高温强度大，切屑不易卷曲与折断。切削时切屑不易卷曲与折断,也不易排出。不锈钢材料在切削过程中产生的高温下，与刀具材料的亲合性较大，且易粘刀和生成积屑瘤,从而难以得到光洁的表面,影响已加工表面品质,并且降低刀

33、具使用寿命。含碳量较低的不锈钢的这一特点更为明显; d) 线胀系数大:线胀系数约为碳素钢的1. 5倍,这就要求在加工特别是在精加工时注意热膨胀与热变形对零件尺寸和形位精度的影响。5.1.2刀具材料选择根据不锈钢切削特点,要求刀具材料应具有耐热性好、耐磨性高,不锈钢黏附性（与不锈钢的亲和力）小等特点。常用的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类。用高速钢刀具切削不锈钢时宜采用高性能高速钢,特别是含钴高速（W2Mo9Cr4VCo8）、含铝超硬高速钢（W6Mo5Cr4V2Al）及含氮高速钢（W12Mo3Cr4V3N）等。普通高速钢刀具已不符合需要，如W18Cr4V。用硬质合金刀具切削不锈钢时, 宜选用YN

34、10、YW1、YW2、YM10、TG8N、YM05、YT789等牌号,其中YT789抗冲击、抗热振性能好,可用于断续车削和铣削。而YM10具有极好的耐高温性和抗黏结性能,特别适宜精加工耐热不锈钢。需要注意的是,在生产中不宜用YT类普通硬质合金刀具加工不锈钢,特别是含钛的不锈钢,而宜用YG类硬质合金刀具加工不锈钢。因为,一方面, YT类普通硬质合金的韧性、热导率等都小于YG、YW类硬质合金刀具;另一方面,由于不锈钢中的Ti和YT类硬质合金中的Ti产生亲和力,切屑容易把合金中的Ti带走,促使刀具磨损加剧。尤其是在加工1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢时，应绝对避免选用YT类硬质台金刀具。5.1.3刀

35、具几何参数选择刀具合理几何参数选择a) 前角及刃区剖面:由于不锈钢塑性大,而强度和硬度却并不高,且具有加工硬化严重的特点,宜选用较大的前角(一般取10°30°)和较小的负倒棱一般取( 0. 30. 8) f *( - 5°) 或过渡刃。在保证切削刃足够的强度下，尽可能使刃口锋利,以降低切削力和切削温度，并减少加工硬化程度。加工低硬度不锈钢如马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢时前角取大值;而加工高硬度不锈钢如双相不锈钢、淬火马氏体不锈钢时前角取小值甚至负值。车削各种不锈钢的前角一般为12°-13°。b) 前面形状（卷屑槽）: 由于不锈钢韧性和塑性大，断屑

36、困难，为增大前角及增强卷屑及断屑效果,一般采用外斜式全圆弧型断屑槽;使切屑沿卷屑槽导流卷曲成宝塔状卷屑或短紧螺旋卷屑。c) 后角:后角应比加工普通碳素钢时稍大,这是由于因不锈钢的弹性和塑性都比普通碳素钢大，所以后角过小时,其切断面与刀具后刀面接触面积增大,使刀具和工件表面产生严重摩擦,使加工表面粗糙度恶化,加剧刀具磨损。其合理值取决于切削厚度，粗加工时为保证刀具强度，宜取小的后角，一般取后角6°-10°。精加工时，切削厚度小，同时为获得较高的加工质量，宜取大的后角。一般取后角=10°-20°，还可采用在主刀刃上负倒棱等措施来强化刀头，以提高刀具的耐磨能力

37、。d) 刃倾角:由于采用较大的前角,刀尖强度会有所削弱。为增强刀尖强度而又不使背向分力增加过大,刃倾角宜取负值,一般为- 5° - 15°。连续切削时取较大值，断续切削时取较小值;e) 主偏角r、副偏角r和刀尖圆弧rc:具体角度应根据机床、零件、刀具系统的刚性和切削用量来选择。在工艺系统刚度允许条件下,尽可能选择较小的主偏角和副偏角: r = 45°75°、r= 8°15°。粗车或加工大直径工件、进给量大时采用较大值，精车或加工小直径工件、进给量小时采用较小值。为了加强刀尖强度，一般应磨出刀尖圆弧rc，圆弧半径rc=0.2-0.8mm

38、。e)由于不锈钢易粘刀,易产生积屑瘤，刀具前后刀面及刃口的表面粗糙度Ra值应< 0. 4m。以降低切削阻力、减小切屑粘附及提高刀具寿命。5.1.4 切削用量选择a) 切削速度:不宜选择过高,一般只有切削普通碳素钢的40% 60% ,并且由于不锈钢牌号、热处理状态、工件加工方法等的不同,所允许的切削速度也不尽相同。b) 背吃刀量:不宜选择过小,以免在前道工序所留下的加工硬化层或毛坯外皮内切削,一般取ap = (0. 25)mm，粗加工较多，精加工较少;c) 进给量:不宜选择过大,以免切削负荷太大,但也不宜过小,以免切削刃在上次进给所形成的冷硬层内工作。5.1.5切削液的选择切削不锈钢时,由

39、于其导热性差,切削层变形大,切削温度高,容易发生黏刀,因此与切削普通碳素钢相比,要求切削液有良好的润滑、冷却和抗粘结性能。a)乳化液有良好的冷却性能,主要用于粗车、磨削、钻孔工序。浓度较大的乳化液或含硫、氯等极压乳化液(如硫化乳化液)亦可用于铰孔。b)精加工不锈钢的切削液要求有良好的润滑性能,宜采用加入极压添加剂或油性添加剂的切削液。c) 硫化豆油(成分:硫的质量分数为1. 5% ,豆油的质量分数为13. 5% ,锭子油的质量分数为75% ,煤油的质量分数为10% )不但润滑性能好,渗透和吸附性能亦强,特别适用于不锈钢钻孔、扩孔和铰孔的精加工;d) 切削油中加入煤油(如煤油的质量分数为15%

40、25% ,硫化油的质量分数为60% 70% ,油酸的质量分数为15% )时,可增强切削液的渗透性能,适用于不锈钢的精加工和深孔加工;e) 液体二硫化钼亦可作为不锈钢铰孔与攻螺纹等时的切削液;f) 尽可能采用喷雾冷却、高压冷却等高效冷却方法；g)四氯化碳+矿物油或其他油类:矿物油或其他油类添加四氯化碳后,大大提高了切削液的渗透性,特别适用于不锈钢材料的精加工。5.1.6不锈钢铣削相同切削条件下, 铣削速度一般取普通碳素钢的40%60% ,以降低切削温度;每齿进给量fz一般0. 10mm;切削深度ap也不宜过小。另外如果不锈钢硬度较高时,应取较低的铣削用量;侧吃刀量较大时,应取较低的铣削速度。铣削不锈钢时,推荐铣削用量列于下表15.1.7不锈钢钻削为了提高钻头的刚度和强度、并使切屑顺利排除,防止已加工表