奥氏体不锈钢教材

1、未经本人允许，未经本人允许，不允许私自转载及上传不允许私自转载及上传 组长：组长： 苑小峰苑小峰 论文：论文： 孟兰兰孟兰兰 孟庆瑞孟庆瑞 资料：资料： 姚笑言姚笑言 徐徐生生 徐宪超徐宪超 陈学森陈学森ppt制作：制作： 李福林李福林 汪云鹏汪云鹏主讲人：主讲人： 苑小峰苑小峰1.1.奥氏体组织奥氏体组织 A A通常由多边形的等轴晶粒所组成，有时可观察到孪晶。通常由多边形的等轴晶粒所组成，有时可观察到孪晶。2.2.结构结构a a、具有面心立方结构。、具有面心立方结构。（奥氏体是（奥氏体是C C溶于溶于-Fe-Fe中的固溶体。合金钢中的奥氏体是中的固溶体。合金钢中的奥氏体是C C 及合金元素溶

2、于及合金元素溶于-Fe-Fe中的固溶体。）中的固溶体。）b b、C C是处于是处于-Fe-Fe八面体的中心空隙处，即面心立方晶胞的八面体的中心空隙处，即面心立方晶胞的中心或棱边的中点。中心或棱边的中点。c c、-Fe-Fe的点阵常数为的点阵常数为0.364nm0.364nm时，最大空隙的半径为时，最大空隙的半径为0.052nm0.052nm，与，与C C原子半径（原子半径（0.077 nm0.077 nm）比较接近。）比较接近。C C原子的存原子的存在，使奥氏体点阵常数增大。在，使奥氏体点阵常数增大。 d d、实际上奥氏体最大碳含量是、实际上奥氏体最大碳含量是2.11%2.11%（重量）（重量

3、） ，大约，大约2-32-3个个-Fe-Fe晶胞中才有一个晶胞中才有一个C C原子。原子。1. 1. 顺磁性顺磁性2. 2. 比容最小比容最小3. 3. 线膨胀系数最大线膨胀系数最大4. 4. 奥氏体的导热性能最差奥氏体的导热性能最差（除渗碳体外）（除渗碳体外）5. 5. 奥氏体的塑性高，屈服强度低奥氏体的塑性高，屈服强度低1.1.奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢。2.2.钢中含钢中含CrCr约约18%18%、Ni 8%Ni 8% 10%10%、C C约约0.1%0.1%时，具有稳定的时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体组织。3.3

4、.奥氏体铬镍不锈钢包括著名的奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni18Cr-8Ni钢和在此基础钢和在此基础上增加上增加CrCr、NiNi含量并加入含量并加入MoMo、CuCu、SiSi、NbNb、TiTi等元素发等元素发展起来的高展起来的高Cr-NiCr-Ni系列钢。系列钢。4.4.奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入强化，如加入S S，CaCa，SeSe等元素，则具有良好的易切削性。等元素，则具有良好的易切削性。简介简介铁素体

5、对奥氏体不锈钢的影响铁素体对奥氏体不锈钢的影响 F F相的出现一般都对奥氏体不锈钢的性能带相的出现一般都对奥氏体不锈钢的性能带来不利的影响：来不利的影响：如如 使热加工产生裂纹的倾向性增大；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；尿素生产）中耐蚀性劣化； 在高温下加长时间加热时，在高温下加长时间加热时，F F相会转变为相会转变为相使钢变脆等等。相使钢变脆等等。铁素体相的消除铁素体相的消除 根本的办法是提高钢中奥氏体形成元根本的办法是提高钢中奥氏体形成元素的含量。素的含量。NiNi是首选的元素，但是从经济是首

6、选的元素，但是从经济的角度出发，的角度出发，MnMn和和N N也受到人们的重视。特也受到人们的重视。特别是别是N N，其抑制铁素体形成的能力为，其抑制铁素体形成的能力为NiNi的的3030倍，同时又有改善耐蚀性和提高强度的作倍，同时又有改善耐蚀性和提高强度的作用用. .奥氏体不锈钢生产工艺性能良好，特别是铬镍奥氏体不锈钢，采用生产特殊钢的常规手段可以顺利地生产出各种常用规格的板、管、带、丝、棒材以及锻件和铸件。由于合金元素(特别是铬)含量高而碳含量又低，多采用电弧炉加氩氧脱碳(AOD)或真空脱氧脱碳(VOD)法大批量生产这类不锈钢材，对于高级牌号的小批量产品可采用真空或非真空非感应炉冶炼，必要

7、时加电渣重熔。 铬镍奥氏体不锈钢优良的热塑性使其易于施以锻造、轧制、热穿孔和挤压等热加工，钢锭加热温度为11501260，变形温度范围一般为9001150，含铜、氮以及用钛、铌稳定化的钢种偏靠低温，而高铬、钼钢种偏靠高温。由于导热差，保温时间应较长。热加工后工件空冷即可。铬锰奥氏体不锈钢热裂纹敏感性较强，钢锭开坯时要小变形、多道次，锻件宜堆冷。可以进行冷轧、冷拔和旋压等冷加工工艺和冲压、弯曲、卷边与折叠等成形操作。铬镍奥氏体不锈钢加工硬化倾向较铬锰钢弱，一次退火后冷变形量可以达到70%90%，但铬锰奥氏体不锈钢由于变形抗力大，加工硬化倾向强，应增加中间软化退火次数。一般中间软化退火处理为105

8、01100水冷。 奥氏体不锈钢生产铸件奥氏体不锈钢生产铸件为了提高钢液的流动性，改善铸造性能，铸造钢为了提高钢液的流动性，改善铸造性能，铸造钢种合金成分应有所调整：提高硅含量，放宽铬、种合金成分应有所调整：提高硅含量，放宽铬、镍含量的区间，并提高杂质元素硫的含量上限。镍含量的区间，并提高杂质元素硫的含量上限。 奥氏体不锈钢使用前应进行固溶处理，以便奥氏体不锈钢使用前应进行固溶处理，以便最大限度地将钢中的碳化物等各种析出相固溶到最大限度地将钢中的碳化物等各种析出相固溶到奥氏体基体中，同时也使组织均匀化及消除应力，奥氏体基体中，同时也使组织均匀化及消除应力，从而保证优良的耐蚀性和力学性能。正确的固

9、溶从而保证优良的耐蚀性和力学性能。正确的固溶处理制度为处理制度为1050105011501150加热后水冷加热后水冷( (细薄件也细薄件也可空冷可空冷) )。固溶处理温度视钢的合金化程度而定：。固溶处理温度视钢的合金化程度而定：无钼或低钼钢种应较低无钼或低钼钢种应较低(1100)(1100)，而更高合金，而更高合金化的牌号如化的牌号如00Cr20Ni18Mo-6CuN00Cr20Ni18Mo-6CuN、00Cr25Ni22Mo2N00Cr25Ni22Mo2N等宜较高等宜较高(1080(10801150)1150)。 氮是强烈的奥氏体稳定化元素氮是强烈的奥氏体稳定化元素, ,可以促使不可以促使不

10、锈钢形成奥氏体组织。在锈钢形成奥氏体组织。在NiNi当量计算中当量计算中,N,N当量当量是是NiNi的的3030倍。因而可以用廉价的倍。因而可以用廉价的N N、MnMn来替换贵重来替换贵重金属金属Ni,Ni,甚至全部取代甚至全部取代Ni,Ni,以获得奥氏体不锈钢。以获得奥氏体不锈钢。N N与与C C相比相比, ,是更有效的固溶强化元素是更有效的固溶强化元素, ,并增加细晶并增加细晶强化的效果强化的效果, ,提高钢的强度又不显著损害钢的韧性。提高钢的强度又不显著损害钢的韧性。有研究表明有研究表明0.10%N0.10%N可使可使Cr-NiCr-Ni奥氏体不锈钢的室奥氏体不锈钢的室温强度温强度(b

11、b,0 0. .2 2) )提高提高6060100MPa100MPa。氮可以降低。氮可以降低形成铁素体及发生形变诱导马氏体转变的趋势形成铁素体及发生形变诱导马氏体转变的趋势, ,给给定强度条件下可以降低沉淀析出定强度条件下可以降低沉淀析出, ,还可以提高不锈还可以提高不锈钢耐局部腐蚀钢耐局部腐蚀, ,像点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。像点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。另外另外, ,氮对奥氏体不锈钢的抗蠕变性能和抗疲劳磨氮对奥氏体不锈钢的抗蠕变性能和抗疲劳磨损性能也有益处。损性能也有益处。 在一个大气压下在一个大气压下1600 1600 时时, ,氮在纯铁液中的溶解度仅氮在纯铁液中的溶解度仅为为0.04

12、5 %0.045 %。所以。所以 , ,虽然高氮奥氏体不锈钢的优异性能毋虽然高氮奥氏体不锈钢的优异性能毋庸置疑庸置疑, ,但它的制备还是有一定困难的。但它的制备还是有一定困难的。 现已研制出的制备方法有热等静压熔炼法现已研制出的制备方法有热等静压熔炼法(HIP)(HIP)、加压感应炉熔炼法、高压下等离子熔炼法、加压电渣重加压感应炉熔炼法、高压下等离子熔炼法、加压电渣重熔法熔法(PESR)(PESR)、反压铸造法、粉末冶金法以及利用先进的、反压铸造法、粉末冶金法以及利用先进的计算机合金设计方法进行的常压下高氮钢的熔炼等。用计算机合金设计方法进行的常压下高氮钢的熔炼等。用以上方法成功试制出一些典型

13、的高氮奥氏体不锈钢以上方法成功试制出一些典型的高氮奥氏体不锈钢, ,化学化学成分如表成分如表1 1所示。所示。 奥氏体奥氏体304304不锈钢是一种很常见的不锈钢。不锈钢是一种很常见的不锈钢。 304 304不锈钢产品有耐蚀容器、餐具、家俱、栏不锈钢产品有耐蚀容器、餐具、家俱、栏杆、医疗器材。标准成分是杆、医疗器材。标准成分是 18 % 18 % 铬加铬加 8 % 8 % 镍。镍。为无磁性、无法借由热处理方法来改变其金相组为无磁性、无法借由热处理方法来改变其金相组织结构的不锈钢。织结构的不锈钢。 04 04不锈钢中最为重要的元素是不锈钢中最为重要的元素是NiNi、CrCr，但是，但是又不仅限于

14、这两个元素。常见判定情况认为只要又不仅限于这两个元素。常见判定情况认为只要NiNi含量大于含量大于8%8%，CrCr含量大于含量大于18%18%，就可以认为是，就可以认为是304304不锈钢。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如不锈钢。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有果含有MoMo、CuCu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。醋酸、尿素等的腐蚀。 适合用于食品的加工、储存和运输。适合用于食品的加工、储存和运输。 具有良具有良好的加工性能和可焊性。好的加工性能和可焊性。 板式换热器、波纹管、板式换热器、波纹管、家庭用品（家庭用品（1 1、2 2类

15、餐具、橱柜、室内管线、热水器、类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸），汽车配件（风挡雨刷、消声器、模锅炉、浴缸），汽车配件（风挡雨刷、消声器、模制品），医疗器具，建材，化学，食品工业，农业，制品），医疗器具，建材，化学，食品工业，农业，船舶部件等。船舶部件等。304304不锈钢为国家认可的食品级不锈不锈钢为国家认可的食品级不锈钢。钢。 奥氏体奥氏体304304不锈钢不锈钢1) 1) 开开 发发 新新 型型 节节 镍镍 奥奥 氏氏 体体 不不 锈锈 钢钢Cr18.4Mn5.98Ni4.62N0.42Cr18.4Mn5.98Ni4.62N0.42，其力学性能，耐腐蚀性，其力学性能，耐腐蚀性能

16、均与能均与 304 304 不锈钢相当。不锈钢相当。2) Cr18.4Mn5.98Ni4.62N0.42 2) Cr18.4Mn5.98Ni4.62N0.42 奥氏体不锈钢中温析奥氏体不锈钢中温析出鼻尖温度为出鼻尖温度为 800800，析出相为具有密排六方结构的，析出相为具有密排六方结构的 Cr2N Cr2N 相。相。 且随着时效增加，析出相首先以颗粒状析且随着时效增加，析出相首先以颗粒状析出于晶界，随后为片层状形貌以胞状方式向晶内生长。出于晶界，随后为片层状形貌以胞状方式向晶内生长。3) Cr18.4Mn5.98Ni4.62N0.42 3) Cr18.4Mn5.98Ni4.62N0.42 不

17、锈钢奥氏体稳定性不锈钢奥氏体稳定性高于高于 304 304 不锈钢，不锈钢， 且随着固溶时间的增加，冷轧钢且随着固溶时间的增加，冷轧钢板相对磁导率降低，其饱和相对磁导率可达板相对磁导率降低，其饱和相对磁导率可达1.000431.00043。 高氮不锈钢的抗拉强度目前已能达到高氮不锈钢的抗拉强度目前已能达到3600MPa,3600MPa,预计不久的将来可超过预计不久的将来可超过4000MPa4000MPa并同并同时具有良好的韧性和较高的抗腐蚀性能。具时具有良好的韧性和较高的抗腐蚀性能。具有良好性能的高氮不锈钢已经开始进入商业有良好性能的高氮不锈钢已经开始进入商业化应用阶段化应用阶段, ,如大型火力发电机如大型火力发电机(300MW(300MW以上以上) )护环钢已在发达国家和我国得到广泛应用护环钢已在发达国家和我国得到广泛应用, ,而而且随着制造工艺技术的进步且随着制造工艺技术的进步, ,