镍和铬在不锈钢中的主要作用

1、银在不锈钢中的主要作用银在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在不锈钢中增加镇的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以锦被称为奥氏 体形成元素。普通碳钢的晶体结构称为铁氧体，呈体心立方(BCC)结构，加入银，促使晶体结构从体心立方(BCC)结构转变为面心立方(FCC)结构，这种结构被称为奥氏体。然而，锦弁不是唯 一具有此种性质的元素。 常见的奥氏体形成元素有： 锦、碳、氮、 镒、铜。这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。在不锈钢中，有两种相反的力量同时作用：铁素体形成元 素不断形成铁素体，奥氏体形成

2、元素不断形成奥氏体。 最终的晶 体结构取决于两类添加元素的相对数量。铭是一种铁素体形成元素，所以铭在不锈钢晶体结构的形成上和奥氏体形成元素之间是 一种竞争关系。因为铁和铭都是铁素体形成元素，所以 400系 列不锈钢是完全铁素体不锈钢， 具有磁性。在把奥氏体形成元素 -镇加入到铁-铭不锈钢的过程中，随着集成分增加，形成的奥 氏体也会逐渐增加，直至所有的铁素体结构都被转变为奥氏体结 构，这样就形成了 300系列不锈钢。如果仅添加一半数量的银， 就会形成50%的铁素体和50%的奥氏体，这种结构被称为双相不 锈钢。400系列不锈钢是一种铁、碳合铭的合金。这种不锈钢具 有马氏体结构和铁元素，因此具有正常

3、的磁特性。400系列不锈 钢具有很强的抗高温氧化能力，而且与碳钢相比，其物理特性和机械特性都有进一步的改善。大多数400系列不锈钢都可以进行热处理。300系列不锈钢是一种含有铁、碳、银和铭的合金材料，一种无磁性不锈钢材料，比 400系列不锈钢具有更好的可锻特 性。由于300系列不锈钢的奥氏体结构，因此它在许多环境中 具有很强的抗腐蚀性能，具有很好的抗 金属超应力引起的腐蚀所 造成的断裂的性能，而且其材料特性不受热处理的影响。不锈钢是20世纪重要发明之一，经过近百年的研制和开发已形成一个有300多个牌号的系列化的钢种。在特殊钢体系中不锈钢 性能独特，应用范围广，起其它特殊钢无法代替的作用，而不锈

4、钢几乎可以涵盖其它任何一类特殊钢。1奥氏钢的演变在发达国家，每年消耗的不锈钢中约有70%是奥氏体不锈钢，尽管我国消费水平不高，奥氏体不锈钢的消耗量也达到总消耗量 的65%左右。所以看不锈钢牌号发展动向首先要看奥氏体不锈 钢的动向。早期的研究者已发现碳是造成奥氏体不锈钢品界腐蚀损坏的主要原因，限于当时的冶金设备水平，很难将碳控制到0.03%以下, 最终想出了在钢中加入 Ti和Nb,使其优先与碳反应，生成 TiC 和NbC ,将碳固定住的方法，防止碳在品界析出生成 Cr23C6 , 造成品间腐蚀。由于 Nb的成本很高，直到七十年代中期，含 Ti 稳定化钢1CM8Ni9Ti仍在不锈钢中占主导地位。1

5、Cr18Ni9Ti钢水粘稠，连铸坯表面质量很难过关。采用模铸， 钢锭表面质量不好，必须进行剥皮修磨，成材率很低。成品钢材 含有TiN夹杂，纯净度低，表面抛光性能差，拉细丝断头多。到 了 20世纪60年代末期，不锈钢冶炼技术取得了突破性进展， 广泛采用AOD和VOD法炼钢，降低不锈钢中的碳不再歉鑫侍 饬恕E贰19.馈盏裙。捣4.钢蚁群罂 17.艘幌盗械吞己统吞几郑 垸i稳定化钢逐步被低碳和超低碳钢所取代。七十年代，美、日等国已将1CM8Ni9Ti从标准中淘汰，尽管保留了 0Cr19Ni11Ti (321)但其产量仅占总量的 0.71.5% ,顺利地完 成了从含钛稳定化钢向低碳和超低碳钢的过渡。我

6、国不锈钢的生产与应用相对滞后，尽管1984年颁布国家标准GB1220-84不锈钢棒时，将 1CM8Ni9Ti列为不推荐使用牌 号，但1Cr18Ni9Ti的主导地位并没有变化。直到 1995年，随 着国民经济的发展，特别是合资企业的介入，国内市场与国际市 场逐步接轨，短短56年时间，我国奥氏体不锈钢已完成从含 钛稳定化钢向低碳和超低碳钢的过渡。目前除少数传统产业仍使用 1CM8Ni9Ti 夕卜，304 (0Cr19Ni9 )和 316 (0Cr17Ni12Mo ) 已成为不锈钢的主导牌号。2以氮代碳，发展含氮不锈钢在奥氏体不锈钢中氮和碳有许多共同特性，如增加奥氏体稳定 性，能有效提高钢的冷加工强

7、度等。提高碳含量会降低不锈钢的抗品间腐蚀性能，氮与铭的亲和力要比碳与铭的亲和力小，奥氏体钢很少见到Cr2N的析出。因此，加适量的氮能在提高钢的强 度和抗氧化性能的同时，不降低不锈钢的抗品间腐蚀性能。以氮代碳，开发含氮不锈钢已成为热门话题。氮在钢中的溶解度有限(15 ,加工难度大，过程成本增 加。200系列钢具有优良的耐磨性能。 200系列钢弯曲成形、冷徽和冲压性能较差。传统的200系列钢，对品间腐蚀很敏感，而且加稳定化元素也无法改变其敏感性。部分钢(如 205、 2Cr15Mn15Ni2N 等)由于其稳定奥氏体元素含量相对比 304高, 抗磁性能优于304 o鉴于上述特性，201、202和20

8、5等钢丝主 要用于制作弹簧、筛网和精密轴等。表1 200 (Cr-Mn-Ni )系列不锈钢化学成分为提高200系列钢在各种介质中的耐蚀性能， 改善钢的冷加工和 冷顶锻性能，达到用 200系列钢代替304的目标，近年来主要 从以下几方面着手开发新牌号。以氮代替碳，稳定奥氏体、在 提高强度同时提高耐蚀性能，如204、211、216。适量添加Mo、Nb等元素，改善钢的抗点蚀、品间腐蚀和抗应力腐蚀性能， 如216、223 o加铜降低钢的冷加工硬化率，改善冷顶锻和冷 成形性能，如204Cu、211、223。美国冶金学家、ASTM会员 约翰o迈杰，用204Cu代替304的研究成果尤其令人鼓舞。迈杰在改型2

9、01 (C=0.03%、Mo=0.2% )钢基础上分别添加1%、 2%和3%的铜，发现随Cu含量增加钢的屈服强度和抗拉强度稳 步下降，如表2 o表2铜对改型201力学性能的影响204Cu由于含3%Cu ,软化处理后的抗拉强度已与 304接近，但其冷加工硬化率显著降低。从图2可以看出，冷拉减面率45% 时，204Cu的冷加工硬化趋势基本与 304和304FQ （304M）相近，减面率45%时，204Cu的冷加工硬化率明显低于 304。取304、204Cu和改型201钢丝（6 3.5mm）在同样条件下进行冷 顶锻试验试图2 204Cu与304冷加工硬化趋势对比 验结果如表3 。（作者 注：1Ksi

10、=0.0069Mpa ）表表3冷顶锻试验结果注：3.5mm钢丝经多道次模具冲顶成形， 螺栓头部直径为钢丝的3.5倍。每个牌号取数百个螺栓，肉眼检查头部裂纹状况。/p从表3可以看出，改型201加3%Cu后，耐盐雾腐蚀和冷成形 能力有了根本性的改善。204Cu冷顶锻成形性能优于304 ,耐盐 雾腐蚀能力与304相当。进一步试验已证明，在 5种常见酸性介质中，204Cu的耐腐蚀性能优于304 ,如表4表4 204Cu与304耐蚀性能比较注：试验温度从0C,每次升5C,逐步上升到全部试样出现浸 蚀裂纹的温度-25 C为止。*不产生浸蚀裂纹的最高温度。综上所述，204Cu与304相比，抗拉强度和屈服强度

11、高，冷加 工硬化率低，冷成形性能好；在各种腐蚀环境中的耐蚀性能优于， 至少是相当于304;再加上200系列钢固有的耐磨损、材料成本 低等优势，204Cu完全有可能取代304成为通用不锈钢。美国 近年来在电子、通讯、安全防护、食品加工、能源和烟草加工行 业，大力推广204Cu ,成效显著。4超级铁素体不锈钢铁素体不锈钢具有良好的耐蚀性能和抗氧化性能， 其抗应力腐蚀 性能优于奥氏体不锈钢，价格比奥氏体不锈钢便宜， 但存在可焊 性差、脆性倾向比较大的缺点，生产和使用受到限制。二十世纪60年代初期的研究已经证明，铁素体钢的高温脆性、冲击韧性、可焊性都与钢中的间隙元素含量有关，通过降低钢中的碳和氮的含量

12、，添加钛、昵、错、铝等稳定化元素，添加铜、铝、钢等焊缝金属韧化元素3种途径，可以改善铁素体钢的可焊性和脆性。铁素体按C+N含量可以分为不同级别：C+N 0,03% 为常规铁素体不锈钢，表示为 0Cr；C+NC 0,03%为超低碳铁素体不锈钢，表示为 00Cr；C+N 0.02%为高纯铁素体不锈钢，表示为 000Cr；C+N4Q和较好的抗应力腐蚀性 能，是Ni基合金和钛合金的代用材料。超级奥氏体钢的化学成 分如表7。表7超级奥氏体钢的化学成分临界缝隙腐蚀温注：点蚀指数 PI =Cr%+3.3Mo%+30N% 度 CCT = - (455) +11Mo%。超级奥氏体不锈钢热加工难度较大，一般认为杂

13、质和低熔点金属在品界富集、沉淀是造成奥氏体钢热脆性的主要原因，控制Mn 0.5%、Cu 0.7%、Si 0,30% S 0.005%、Bi05X-、Pb 15X 106有利于热加工。超级奥氏体钢的冷加工性能良好， 其抗拉强度偏高，与一般奥氏体钢相比，要达到相同的软化效果， 固溶温度应提到1150-1200 Co6超马氏体不锈钢传统的马氏体不锈钢24CM3和1Cr17Ni2缺乏足够的延展性， 在冷顶锻变形过程中对应力十分敏感，冷加工成型比较困难。加 之钢的可焊性比较差，使用范围受到了限制。为克服马氏体钢的 上述不足，近年人们已找到一种有效途径： 通过降低钢的含碳量， 增加锦含量，开发了一个新系列

14、合金钢 -超马氏体钢。这类钢抗 拉强度高，延展性好，焊接性能也得到改善，因此超马氏体钢又 称为软马氏体钢或可焊接马氏体钢。超马氏体钢的典型显微组织为低碳回火马氏体组织， 这种组织具 有很高的强度和良好的韧性。 随锦含量和热处理工艺的变化， 某 些牌号的超马氏体钢显微组织中可能有 1040%的细小弥散状 残余奥氏体，含铭16%的超马氏体钢中可能出现少量的 8铁素体。进一步改善超马氏体钢性能的途径是获得晶粒更细的回火马 氏体组织。近年来，各国不锈钢生产企业在开发低碳、低氮超马氏体钢方面做了很大努力，生产出一批适用于不同用途的超马氏体不锈钢， 几种典型的超马氏体钢化学成分如表 8 o表8典型超马氏体

15、钢化学成分（wt%）超马氏体钢的成分特点是在 13%或17%Cr基础上降低C含量。（V 0.03% 或V 0.025% ）和 S 含量（V 0.01% 或V 0.005% ）,增加Ni （4-6.5%）和Mo （最高2.5%）改善钢的焊接性能、韧 性、耐蚀性能。为获得好的低温性能，减少甚至完全消除显微组 织中的铁素体是极为重要的， 随着对低温冲击性能要求加严（从20C降到一40C）应选用Ni含量更高的牌号，同时在热加工 过程应控制加热温度（V 1250 C）和加热时间，防止产生高温 5 铁素体相。一般说来超马氏体钢锻造性能优于同类马氏体钢，即使锻造温度偏低，也可以生产出无裂纹钢坯。br与马氏体

16、钢相 比，超马氏体钢盘条的强度、硬度和塑性均高出很多，并且无论 是用完全退火还是球化退火的方法，都无法将盘条的强度（硬度） 降到马氏体钢的水平。超马氏体推荐采用650 c左右，长时间保温，然后空冷的退火工艺来实现软化，盘条退火后虽然强度（硬 度）高，但拉拔塑性很好（断面收缩率40%）,可以按常规工艺拉拔。一般经过两个循环的退火拉拔， 钢丝的抗拉强度可以降 到950MPa以下。阿维斯塔谢菲尔德公司生产的248SV(00Cr16Ni5Mo )钢淬回火成品的物理性能见表 9。表表9 248SV (00Cr16Ni5Mo )的物理性能超马氏体钢含碳量低，加入一定量的Mo相当于提高了铭的当量， 再加上N

17、i的配合，耐蚀性能，特别是在含二氧化碳和硫化氢介 质中的耐蚀性能有很大的提高，现已在石油和天燃气开采、 储运设备上得到广泛适用，在水力发电，采矿、化工及高温纸浆生产 设备上也极具应用前景。br超马氏体钢丝主要用于制作压缩机 和阀门的连杆及焊丝。人们越来越多的用超马氏体钢取代双相不 锈钢，原因在于作为结构体用钢， 超马氏体钢具备良好的耐蚀性 能和低温冲击性，但其强度比双相钢高的多， 制作零件可以减小 壁厚，减轻重量，节约成本。作为焊丝用钢，目前多用双相不锈 钢焊丝，焊后因焊缝成分与基体成分差别较大，极易出现不均匀腐蚀现象。使用超马氏体钢焊丝，焊缝同样不需经热处理直接使 用，可以选配与基体更接近的

18、成分，减轻不均匀腐蚀。更重要的 是使用超马氏体钢代替双相钢材料成本可降低30%左右。7抗菌不锈钢随着经济的发展，不锈钢在食品工业、餐饮服务业和家庭生活中 的应用越来越广泛，人们希望不锈钢器皿和餐具除具有不锈、光洁如新的特点外，最好还具有防霉变、抗菌、杀菌功能，日本日 新制钢为适应市场需求，已研制开发了一系列抗菌不锈钢。众所周知，有些金属，如银、铜、韧等具有抗菌、杀菌效果，所 谓抗菌不锈钢，就是在不锈钢中加入适量的具有抗菌效果的元素（如铜、银），生产出的钢材经抗菌性热处理后，具有稳定的加 工性能和良好的抗菌性能。铜是抗菌的关键元素，加多少既要考虑抗菌性， 又要保证钢具有 良好稳定的加工性能。铜的

19、最佳加入量因钢种而异， 日新制钢开发的抗菌不锈钢化学成分如表 10,铁素体钢中加铜1.5%,马氏 体钢中加铜3%,奥氏体钢中加铜3.8% o表10各类抗菌不锈钢的化学成分研究表明：铜与细菌直接接触是抗菌杀菌的先决条件， 为此抗菌 不锈钢首先要进行热处理，使高浓度的铜从基体中析出，以&Cu 相均匀弥散分布。再经表面抛光处理，使-Cu暴露在金属表面, 从而起抗菌作用。试验结果证明，铁素体和马氏体不锈钢对黄色 葡萄球菌和大肠杆菌的减菌率为 100% ,奥氏体不锈钢的减菌率 99%。抗菌不锈钢使用一段时间后表面 -Cu相枯竭时，抗菌性 能就会降低，此时经抛光之类再加工，会重新形成含 &Cu相的 新表面

20、，恢复原有的抗菌性能。抗菌不锈钢与同类不锈钢相比， 耐蚀性能有增无减，物理性能基 本相当，力学性能稍有变化：铁素体钢的屈服强度与杯突稍有提 高，其它性能大致相当；马氏体不锈钢屈服强度、抗拉强度和硬 度均有明显提高，伸长率有所下降；奥氏体钢屈服强度和硬度稍 有提高，其它性能相当。不锈钢中加入铜对热加工不利，对冷加 工利大于弊。随着含铜量的增加热加工时要考虑降低加热温度， 工艺操作不当极易造成钢坯角裂和表面裂纹。抗菌不锈钢与同类不锈钢相比，拉拔塑性和承受深度冷加工的能力明显改善，但马氏体钢强度（硬度）明显提高带来的模具损坏明显增多。奥氏体 钢则随铜量的增加，奥氏体稳定性能提高，冷加工强化减缓，钢

21、可承受更大加工率的冷加工，钢的冷墩和深冲性能大幅度提高， 钢也由弱磁转变为无磁。抗菌不锈钢具有不锈钢优点和良好的抗菌性能，投放市场以来很受欢迎，在厨房设备、食品工业的工作台及器皿、医疗器械、日 常生活中的餐具及挂毛巾支架， 冷藏柜的托架等领域全面推广使 用，公共场所的一些设施如公交汽车的扶手、楼梯扶手、电话亭、护栏等为杜绝交叉感染也应试用抗菌不锈钢。钢丝行业应注重医疗器械用马氏体抗菌不锈钢丝， 织网用奥氏体抗菌不锈钢丝和清 洁球用铁素体抗菌不锈钢细丝的开发。参考资料1（美）DONALD PECKNE主编，顾守仁等译,不锈钢手册，机械工业出版社，1987年3月。2陆士英等编,不锈钢，原子能出版社

22、,1995年9月。3国外钢丝标准译文集，冶金工业部金属制品研究所,1986年10月。4潘永村，不锈钢,钢铁材料设计与应用。5罗永赞，近代超级不锈钢的发展，特殊钢2000年第四期P5。5张孝福，超马氏体不锈钢,不锈1999年第5期。7张孝福，抗菌不锈钢-介绍日本的新钢种，不锈1998年第10 期。By John Magee, Development of Type 204Cu Stainless Steel,a Low-Cost alternate to Type 304,Wire Journal International May 2002 P84 90.9郝培钢，高镒低锦奥氏体不锈钢在广东，

23、世界金属导报2003年8月5日第8版不锈钢的种类 不锈钢可以按用途、化学成分及金相组织来大体分类。以奥氏体系类的钢由18%铭-8%银为基本组成，各元素的加入量 变化的不同，而开发各种用途的钢种。.以化学成分分类：.CR系列：铁素体系列、马氏体系列.CR-NI系列：奥氏体系列，异常系列，析出硬化系列.以金相组织的分类:.奥氏体不锈钢.铁素体不锈钢.马氏体不锈钢.双相不锈钢.沉淀硬化不锈钢不锈钢的定义：在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，不锈钢是具有美观的表面和耐腐蚀性能好，不必经过镀色等表面处理，而发挥不锈钢所固有的表面性能 ，使用于多方面的钢铁的一种，通常称为不锈钢。代表性能的

24、有13铭钢，18-铭银钢等高合 金钢。从金相学角度分析，因为不锈钢含有铭而使表面形成很薄的铭膜，这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。为了保持不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必须含有12%以上的铭。我们通常看到和用到的是 1CM8Ni9Ti关于不锈钢知识：一、不锈钢热轧钢板不锈钢热轧钢板是用热轧工艺生产的不锈钢钢板。厚度不大于3mm的为薄板，厚度大于 3mm的为厚板。用于化工、石油、 机械、船舶等行业制造耐蚀零件、容器和设备。具分类和牌号如下：.奥氏体型钢(1)1Cr17Mn6Ni15N; (2)1Cr18Mn8Ni5N; (3)1Cr18Ni9 ;(4)1Cr18Ni9Si3 ; (5)0C

25、r18Ni9 ; (6)00Cr19Ni10 ; (7)0Cr19Ni9N ;(8)0Cr19Ni10NbN ; (9)00Cr18Ni10N ; (10)1Cr18Ni12 ; (11)0Cr23Ni13 ; (12)0Cr25Ni20 ; (13) 0Cr17Ni12Mo2 ; (14)00Cr17Ni14Mo2;(15) 0Cr17Ni12Mo2N ;(16)00Cr17Ni13Mo2N;(17) 1Cr18Ni12Mo2Ti ;(18)0Cr18Ni12Mo2Ti;(19)1Cr18Ni12Mo3Ti;(20)0Cr18Ni12Mo3Ti ;(21) 0Cr18Ni12Mo2Cu2 ;

26、(22)00Cr18Ni14Mo2Cu2; (23) 0Cr19Ni13Mo3 ; (24)00Cr19Ni13Mo3 ; (25)0Cr18Ni16Mo5 ; (26) 1Cr18Ni9Ti ; (27) 0Cr18Ni10Ti ; (28) 0Cr18Ni11Nb ; (29) 0Cr18Ni13Si4.奥氏体一一铁素体型钢0Cr26Ni5Mo2 ; (31) 00Cr18Ni5Mo3Si2 ;.铁素体型钢(32 ) 0Cr13Al ; (33)00Cr12 ; (34)1Cr15 ; (35)1Cr17 ;(36)1Cr17Mo;(37)00Cr17Mo;(38)00Cr18Mo2;(39)00Cr30Mo2(40)00Cr27Mo.马氏体型钢(41) 1Cr12 ; (42) 0Cr13 ; (43); 1Cr13 ; (44) 2Cr13 ; (45) 3Cr13 ; (46) 4Cr13 ; (47) 3Cr16 ; (48) 7Cr175.沉淀硬化型钢(49) 0Cr17Ni7Al二、不锈钢冷轧钢板不锈钢冷轧钢板是用冷轧工艺生产的不锈钢钢板，厚度不大于3mm的为薄板，厚度大于 3mm的为厚板。用于制作耐腐蚀部 件，石油、化工的管道、容器、医疗器械、船舶设备等，具分类 和牌号如下：.奥氏体型钢除与热轧部分相同外（29种），还有：