不锈钢基础入门培训课件

不锈钢基础入门培训——讲师：吴洪涛2015年3月21日公司课件：请各位不要外传不锈钢基础入门培训——讲师：吴洪涛2015年3月21日公司课1第一章不锈钢的发展和历史不锈钢自二十世纪初问世以来，已有100年的历史，不锈钢的发明是世界冶金史上的一项伟大成就，不仅为现代工业的建立、发展和科技进步奠定了物质基础，而且在民用领域的广泛应用也显著提高了人们的生活质量。不锈钢是一种特殊的材料，兼有功能材料和结构材料两者的特征，是金属材料中的佼佼者，它具有许多优良的性能，如耐蚀性、耐低温性、好的加工性能等。不锈钢外观精美，寿命周期长，成本价低，可以百分之百的回收利用，因此，在各工业及民用领域得到了广泛和大量的使用，是一种非常好的结构和功能材料。随着我国改革开放和经济建设的深入发展，不锈钢与不锈钢制品在石油化工工业、国防工业和民用工业等领域的应用日渐普及和扩大，不锈钢制品的数量、品种、规格稳步增加。而且，随着技术的引进，国外的不少不锈钢的品种和牌号、新材料、新技术、新工艺、新制品在国内市场所占的比重逐步增加。前言第一章不锈钢的发展和历史不锈钢自二十世纪初问世以来，已有12

第一章不锈钢的发展和历史前言

第一章不锈钢的发展和历史前言3

不锈钢的诞生和大多数科研成果一样，并不是个人的研究结果，而是许多冶金工作者长期努力、互相借鉴、不断研究的结果。最后20世纪初，在社会具备一定的物质生产条件（主要是指低碳铬铁的生产）以及理论研究的进展（主要是铬铁合金中碳含量对腐蚀性的影响），在产业部门需要的情况下，不锈钢才应运而生。从开始研究不锈钢到初步研究成功经历了整整一个世纪。不锈钢的研究与开发大致可以分成三个阶段。第一章不锈钢的发展和历史不锈钢的发展不锈钢的诞生和大多数科研成果一样，并不是个人的研究结4第一章不锈钢的发展和历史这一阶段从1787年到1873年，经历了八十多年的时间。铬金属是法国分析化学家L.N.Vauqulin于1787年从西班牙的红铅矿中首次发现的一种元素，次年根据希腊语中表示颜色的词Chroma（闪耀的、光亮的）而命名的Chrome也叫Chromium。1820年，英国皇家研究所的学者M.Farafay，致力于研究将贵重金属熔于钢中炼成合金，制作出难氧化（难生锈）的新型刀具钢，当时主要添加的金属包括Ni、Ag、Pt、等。1820年他和刀具师J.Stodart成功的在还原铬矿石加入铁，制成了Fe-Cr合金。他们联名发表的论文中记述了所制作的刀具钢中熔入了1%Cr及3%Cr，但是并没有关于耐腐蚀的报告。但是此后关于Fe-Cr合金的研究逐渐增多。1838年Mallet提出了“铬含量增加使得Fe-Cr合金的耐腐蚀性增强”的报告1872年Woods和Clark提出含有30~35%铬的铁，耐酸性和耐腐蚀性显著增加的论点。第一阶段早期研究——探索第一章不锈钢的发展和历史这一阶段从1787年到1873年，5当时不能在不锈钢研制方面取得突破的原因主要是：当时所用的Fe-Cr合金含碳量过高，影响了铬发挥提高钢抗腐蚀性的有力作用。大部分研究者所选用的铬含量过低，过低的铬含量只能改善热处理性能，而不能提高抗腐蚀性。当时金属腐蚀方面的理论研究远未成熟，这使得对腐蚀及抗腐蚀性的看法绝对化；不少研究者试图研制出一种能耐各种酸、碱、盐腐蚀的类似铂金或金的耐腐蚀合金，其结果必然是要失败的。理论上的不成熟导致腐蚀试验方法也不是完全合适，这也掩盖了某些真实的情况。

第一章不锈钢的发展和历史第一阶段早期研究——探索当时不能在不锈钢研制方面取得突破的原因主要是：第一章不锈钢61895年德国的Goldschmidt用铝热法还原铬矿石，制得了低碳铬铁。有了低碳铬铁就可以配置出含碳量很低的Fe-Cr合金，从而为不锈钢的诞生奠定了必要的物质基础。1898年，Carnot和Goutal在Fe-Cr合金抗腐蚀性研究中发现了含碳量高的有害作用，从而澄清了Hadfield的影响，揭开了不锈钢研制的新篇章。1904年LeonGuillet作了低碳Fe-Cr合金的研究，并发表了一系列论文。他们研制的低碳铬钢的含碳量是0.043~1.0%，不锈钢的含碳量是0.02~0.1%，其中有的相当于今天的AISI410、420、430等钢种。1906年Guillet发表了对Fe-Cr-Ni系钢抗腐蚀性的研究结果。他研制的不锈钢成分与现在的Cr-Ni系不锈钢相差无几，可以说是最早的奥氏体不锈钢。他提出把不锈钢分成“铁素体不锈钢”、“马氏体不锈钢”和“奥氏体不锈钢”三大类，这是不锈钢发展史上的成果，一直沿用至今。1908年，P.Monnartz和W.Borchers从碳对含铬钢的耐腐蚀性的影响出发，对铬钢的耐腐蚀性问题进行了系统的研究。1911年他们发表了《铁铬合金的抗氧化性研究》一文，首次把不锈钢的耐腐蚀性与钝化现象结合起来，揭示了不锈钢的本质。1909年,W.Giesen发表了关于铬—镍奥氏体不锈钢中的高铬不锈钢，同年，A.M.Portevin发表了关于铁素体不锈钢和马氏体不锈钢的研究成果。第一章不锈钢的发展和历史第二阶段中期研究——进展1895年德国的Goldschmidt用铝热法还原铬矿石，制7

至此，我们说建立了不锈钢的基础理论，研究了不锈钢的三种组织状态分类，他们的机械性能和物理性能，对“耐腐蚀性”这样一个重要的课题也有了初步的认识，即结合了铬钢中碳的作用，确立了不锈钢耐腐性的基础，即：含铬钢的耐腐蚀性是以含Cr12％为界限的，在这个值的两边腐蚀速度显著加大。这种现象在氧化性酸（如HNO3）中特别显著，在水中和大气中也是如此。耐蚀性是以提高“钝化”现象为基本原因的。“钝化”与氧化性条件及腐蚀环境中的氧化剂含量有关，用电化学的观点来说，是与电池一端的结合条件有关。耐腐蚀性和含碳量这个条件密切相关，铁铬合金中过剩的碳十分有害。碳的稳定化十分重要，对耐侵蚀性影响显著。稳定碳的方法是加入适量易形成碳化物的元素，如Nb、Ti等。当时的研究尽管还不能从根本上弄清楚不锈钢的抗腐蚀性机理，但是还是揭示了几种不锈钢的大致的成分范围及主要的合金元素的影响和作用，这就为以后的研究指明了方向，从而为研制符合使用要求的具体钢种奠定了基础。

第一章不锈钢的发展和历史第二阶段中期研究——进展至此，我们说建立了不锈钢的基础理论，研究了不8在二十世纪初，由于理论的进展和工业发展的需要，几乎在同时好几个国家都研制成功了不锈钢。1913年H.Brearley在研制舰载炮炮筒用钢时发明了可硬化的不锈钢，这就是具有淬硬性那一系列被称为“马氏体不锈钢”的不锈钢。他们的研究结果表明，这种钢的成分范围是：[C]<0.7%，[Cr]=9~16%，其中0.35%C、13%Cr的钢主要用于旨在刀具，即现在的3Cr13（AISI420）钢。1911年C.Dantsizen在从事电阻丝研究时研制了一种同H.Brearley钢相同，但是碳含量更低，硬度稍低的材料。1914年，他提出钢的成分范围应该为0.07~0.15%C，14~16%Cr。这是一种低碳铁素体不锈钢，其成分与目前的1Cr13相似。1924年F.M.Beeket研制了一种含铬更高的（含25~27%Cr）的不锈钢，相当于目前的铁素体不锈钢AISI446。1909年~1912年，E.Maurer和B.Strauss在研究热电偶保护套管用钢时，对高铬钢及Cr-Ni钢进行了对比分析，结果在1912年将耐腐蚀性很高的Cr-Ni不锈钢的商品化。第一章不锈钢的发展和历史第三阶段不锈钢的进一步研究——不锈钢的诞生和实用化在二十世纪初，由于理论的进展和工业发展的需要，几乎在同时好几91910年~1914年，作为现代不锈钢的基础：1Cr13~4Cr13、Cr17~28、18-8等马氏体、铁素体、奥氏体不锈钢先后问世，可以说经历了一百多年的研究，人类终于找到了具有工业实用性的不锈钢雏形。从此以后的研究只是在腐蚀理论方面不断地深入，并按日益增多的使用要求，对成分作了适当的调整，从而又发展了不少的新品种；当总体来说，并没有越出上世纪初确定的这几个大的范畴。因此可以认为，不锈钢诞生于1910~1914年，近一百年只是在此基础上不断的发展完善。第一章不锈钢的发展和历史第一章不锈钢的发展和历史101910年~1914年诞生的组织分别为马氏体、铁素体和奥氏体的不锈钢，从化学成分来看，主要属于Fe-Cr和Fe-Cr-Ni两大体系。从第一次世界大战到第二次世界大战结束的近三十年间（1919年~1945年），随着各种工业的发展，不锈钢为适应各种工作条件而发生了细化，即在原来的两大体系三种组织状态的基础上，通过增减含碳量和添加多种合金元素而衍生出了许多新型的不锈钢。从二次世界大战结束到目前六十多年，主要是为适应抗海水、酸、碱、盐类腐蚀、吸收辐射、获得高强度、耐高温、节镍等需求而开发了抗点蚀、核工业、沉淀硬化不锈钢和锰氮代镍不锈钢。今年随着汽车工业的发展和为了解决奥氏体不锈钢晶间腐蚀以及应力腐蚀的问题，又发展了超低碳不锈钢和超纯铁素体不锈钢。目前不锈钢的牌号也已经多达数百种，经常使用的也在50种左右。第一章不锈钢的发展和历史不锈钢钢种的发展1910年~1914年诞生的组织分别为马氏体、铁素体11不容易生锈的钢就是不锈钢不锈钢（StainlessSteel）是不锈耐酸钢的简称，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；而将耐化学介质腐蚀（酸、碱、盐等化学浸蚀）的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐腐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。“不锈钢”一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键首先是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。第二章什么是不锈钢不容易生锈的钢就是不锈钢第二章什么是不锈钢12生锈是一种化学反应，本质上是金属的氧化反应。最常见的生锈现象是铁制品长期暴露在空气中和氧气发生了氧化反应，或者是被水中的氧元素侵蚀成为氧化物。金属材料与周围的环境，空气、水、气体介质、高温等发生氧化反应，使金属材料表面或基体被氧化发生腐蚀，失去光泽，降低强度的过程。表面产生的物质“锈”是铁的氧化物。第二章什么是不锈钢什么是生锈生锈是一种化学反应，本质上是金属的氧化反应。最常见的生锈现象13金属腐蚀是金属表面和介质发生的化学或电化学反应造成的，故有化学腐蚀及电化学腐蚀之分。化学腐蚀是因为金属表面与介质发生化学作用而引起的，它的特点是在腐蚀过程中没有电流产生。电化学腐蚀是指金属与电解质溶液作用发生的腐蚀。它的特点是在腐蚀过程中有电流产生，这是金属表面发生原电池作用的结果。通常在电化学腐蚀中规定电极电位较低的金属为阳极，阳极不断失去电子并将自己的离子投入到溶液而被腐蚀，阴极金属仅起传递电子的作用，本身没有发生腐蚀。第二章什么是不锈钢腐蚀的机理金属腐蚀是金属表面和介质发生的化学或电化学反应造成的，故有化14主要有以下防腐方法：1、加入合金元素，改变组织结构，从而提高钢的抗蚀性能。2、使金属形成表面转化层和“永久层”包括：化学及电化学覆层——通过氧化、磷化、铬酸盐化、氟化等表面合金化——通过氮化、渗铬、渗铝、渗氮等金属覆层——电镀金属、喷镀金属、化学镀、气相镀等非金属涂层——覆盖搪瓷、陶瓷、橡胶、塑料、油漆等3、阴极保护，即使金属成为阴极。4、“暂时性”的防腐措施。第二章什么是不锈钢怎样不生锈主要有以下防腐方法：第二章什么是不锈钢怎样不生锈15

提到不锈钢，就必须要提到一种非常重要的金属——铬。将铬熔于钢中进行合金化，当铬含量达到11~12%时，在空气中就很难生锈。在不锈钢的表面形成了Cr2O3氧化膜，这层氧化膜有以下的几个特点：透明致密快速自我修复功能第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理Cr2O3Fe+Cr+CCr是比Fe更容易氧化的金属Cr与空气中的O2

反应生成铬的氧化层稳定的氧化膜要求Cr>12%厚度1~2nm提到不锈钢，就必须要提到一种非常重要的金属—16第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理D=1nmD=4mmD=1.27万公里4×109倍3.14×109倍第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理D=1nmD=4mmD17第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理18第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理45nm单核1G20nm4核1.4G14nm2×8核3.0G3~5μm10-6m第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理45nm20nm14n19第二章什么是不锈钢神奇的铬第二章什么是不锈钢神奇的铬20

按不锈钢在900~1100℃加热，并在空气冷却到室温的机体组织分类。分为铁素体不锈钢（F）、奥氏体不锈钢（A）、马氏体不锈钢（M）、双相不锈钢（F-A）和沉淀硬化不锈钢。美国钢铁学会最早是用三位数字来标示各种标准级的不锈钢的，其中：奥氏体不锈钢用200和300系列的数字标示，例如，某些较普通的奥氏体不锈钢是以201、304、316以及310为标记。铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。铁素体不锈钢是以430和446为标记，马氏体不锈钢是以410、420以及440C为标记。双相（奥氏体－铁素体）不锈钢、沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用专利名称或商标命名。第三章不锈钢的分类美国钢铁协会AmericaIronandSteelInstitute简称AISI按不锈钢在900~1100℃加热，并在空气冷却到室温21第三章不锈钢的分类美国钢铁协会AISI对于不锈钢的分类不锈钢铬系（AISI400系）铬镍系（AISI300系）马氏体不锈钢铁素体不锈钢奥氏体不锈钢双相不锈钢沉淀硬化不锈钢Fe-Cr-CFe-Cr-Ni2Cr13(420)1Cr13(410)1Cr17Ni2(431)0Cr17(430)0Cr11Ti(409)AISI200系0Cr19Ni9(304)0Cr17Ni12Mo2(316)1Cr17Mn6Ni5(201)1Cr18Mn8Ni5N(202)1Cr25Ni5Mo1.5(329)Cr25Ni5Mo3N0Cr17Ni7AlAISI600系代表钢种按组织结构按化学成分00Cr25Mo2(446M)第三章不锈钢的分类美国钢铁协会AISI对于不锈钢的分类不锈22第三章不锈钢的分类低铬系不锈钢的发展简图410409L409SR410S410L耐蚀性、成型性Clowered焊接性、成型性CCrloweredMnCuadded焊接性Clowered焊接性、成型性CCrloweredTiadded高温抗氧化性Siadded410DH420J1420J2耐磨性、硬度Cincreased耐磨性、硬度Cincreased420H429J1440ACincreased耐磨性、硬度Cradded硬度Cadded耐磨性、硬度410DBCrloweredMnaddedCNcontrolled未回火处理下提高硬度第三章不锈钢的分类低铬系不锈钢的发展简图410409L4023第三章不锈钢的分类中高铬系不锈钢的发展简图430430CuN430LN445MT430LNM434LN1SX130-2430UD430XT429EX439LMH1432LTM436LT430AB430LNAB18-3SR20-5USR高温氧化性CloweredAladded高温抗氧化性CloweredAlincreasedLaZradded抗细菌性Agadded焊接性、耐蚀性、成型性CloweredNbaddedCrincreased高温强度、焊接性、成型性CLoweredNbSiadded高温强度Moadded成型性CloweredTiadded耐蚀性Moadded耐蚀性Cuadded耐蚀性、焊接性Crincreased耐蚀性、焊接性、成型性CloweredCrincreasedNbadded耐蚀性Moadded耐腐蚀性CloweredMoincreased耐蚀性CIncreased耐蚀性Moadded耐蚀性Cuadded430J1436J1436L焊接性、耐蚀性Moadded焊接性、耐蚀性Clowered444445J1445J2447J1434LN2MoIncreasedTiadded耐蚀性、深冲性耐蚀性CrMoIncreasedNbadded深冲性能Moincreased耐蚀性CloweredNbNadded耐蚀性Cradded耐蚀性CloweredTiadded耐蚀性Cradded耐蚀性第三章不锈钢的分类中高铬系不锈钢的发展简图430430Cu24

铁素体是常温下铁和低碳合金的基本晶体结构（体心立方BCC）。一般来讲碳钢在室温下的晶体结构被称为铁素体。它是一种体心立方（BCC-bodycentercubic）结构，立方体的每个角有一个铁（Fe）原子，立方体的中心有一个铁原子，这种晶体单元非常小，在每立方毫米金属中有数十亿个这样的晶体单元。当钢中添加铬（Cr）时，铬原子替代了晶体中的一些铁原子，但是晶体结构没有改变。这就是为什么这些简单的Fe-Cr钢种被称之为铁素体不锈钢。第三章不锈钢的分类铁素体不锈钢Ferritestainlesssteel铁素体是常温下铁和低碳合金的基本晶体结构（体25第三章不锈钢的分类铁素体不锈钢如409和430已经使用了许多年，它特点为人们熟知。在某些特定的场所它们已经成为既定钢种。例如，409不锈钢常被指定用于汽车排气系统，它有足够的耐腐蚀性，有足够的可成形性和焊接性，可以通过采用自动化工艺，严格控制加工制作，成本比较低。铁素体不锈钢Ferritestainlesssteel第三章不锈钢的分类铁素体不锈钢如409和430已经使用了许26第三章不锈钢的分类铁素体不锈钢的特性和用途第三章不锈钢的分类铁素体不锈钢的特性和用途27

当镍添加到不锈钢中时，它使晶体结构从体心立方体（BCC）转变为面心立方体（FCC）—立方体的每个角仍然是一个铁原子，但是现在不是在立方体的中心有一个原子，而是在每个面的中间有一个原子。这种结构被称为奥氏体，这就是奥氏体不锈钢，如十分常见的300系列304和316不锈钢的结构。第三章不锈钢的分类奥氏体不锈钢Austeniticstainlesssteel当镍添加到不锈钢中时，它使晶体结构从体心立方体（BC28非常好的可成形性。具有比其他类型的不锈钢更好的焊接性。韧性耐腐蚀性光泽高温性能第三章不锈钢的分类奥氏体不锈钢的优点非常好的可成形性。第三章不锈钢的分类奥氏体不锈钢的优点29第三章不锈钢的分类不锈钢中形成奥氏体的方法扩大奥氏体元素:C,N,Ni,Mn,Cu,…扩大铁素体元素:Cr,Mo,Si,Nb,Ti,…人们对这些元素在形成奥氏体方面的相对进行测定，已经开发出不同的公式计算“镍当量”，用在一些著名图表如Schaeffler-DeLong和WRC1992图表中。尽管系数有一些差异，但都体现了这些奥氏体形成元素的相对重要性：镍当量＝Ni％＋30C％＋30N％＋0.5Mn％＋0.25Cu％Schaeffler-Delong图第三章不锈钢的分类不锈钢中形成奥氏体的方法Schaeffl30200的发展可回溯到半个世纪以前，因为正是二次世界大战中镍的短缺导致第一次用锰/氮代替部分或全部的镍。在200系列不锈钢中加入氮（N）和锰（Mn）都有助于形成奥氏体。上述“镍当量”公式表明锰在形成奥氏体的过程中不是十分有效，但它的加入可使更多的氮溶解到不锈钢中，氮是一种非常强的奥氏体形成元素。通过加入足够的锰／氮可获得100％的奥氏体组织。镍的用量越低，需要的锰／氮含量就越高。加入奥氏体形成元素Ni、Mn、N、和Cu的结合。这些合金的要目的是降低镍含量，从而降低不锈钢的成本。但是，它是副作用是铬含量的降低（为了获得100％的奥氏体组织），前面提到的PRE公式说明了铬在提高耐腐蚀方面的重要性（304不锈钢含18％-20％Cr）。第三章不锈钢的分类200系列钢种同其他Cr-Mn-N(-Cu)不锈钢200的发展可回溯到半个世纪以前，因为正是二次世界大战中镍的31铬元素是所有不锈钢钢种耐腐蚀性能的关键因素,铬含量低意味着耐腐蚀性能差。一般200系钢种中的铬含量要比304钢种低，因此它们耐腐蚀能力均比铬镍系列不锈钢差。第三章不锈钢的分类200系列钢种同其他Cr-Mn-N(-Cu)不锈钢铬元素是所有不锈钢钢种耐腐蚀性能的关键因素,铬含量低意味着耐32第三章不锈钢的分类200系列钢种同其他Cr-Mn-N(-Cu)不锈钢晶间腐蚀在低PH值（酸性条件下），1%镍钢种的缝隙溶解率（即腐蚀率）比铬镍钢304高出10倍。含碳量也与腐蚀有关。第三章不锈钢的分类200系列钢种同其他Cr-Mn-N(-C33第三章不锈钢的分类奥氏体不锈钢的特性和用途第三章不锈钢的分类奥氏体不锈钢的特性和用途34第三章不锈钢的分类马氏体不锈钢Martensiticstainlesssteel

马氏体在常温下具有稳定的结构，与铁素体和奥氏体相比，更接近于铁素体，它也是体心立方结构，但是立方体的一个轴被延长，也就是一个晶体有三个轴成直角，两个边相等，一个边不等（四方体）。对铁素体或奥氏体的立方晶体进行热处理或冷处理就会出现这样的情况。马氏体在三种晶体结构中最硬，强度最好，同时也最难焊接。马氏体不锈钢具有热处理时有相变发生，既可以利用这个特性来调整其力学性能，即采用热处理来强化，其淬透性高，含碳高的钢通过空冷淬火也可以得到马氏体。

马氏体的强度主要归功于碳，其他合金元素对于强度直接影响不大。合金元素主要用来控制相的稳定性。第三章不锈钢的分类马氏体不锈钢Martensitics35第三章不锈钢的分类马氏体不锈钢的特性和用途第三章不锈钢的分类马氏体不锈钢的特性和用途36第三章不锈钢的分类双相不锈钢Duplexstainlesssteel

在一种不锈钢中，有两种相反的力量在起作用：即，铁素形成元素企图形成铁素体，而奥氏体形成元素企图形成奥氏体。最终的组织将取决于钢中存在的这两类添加元素的相对数量。

最基本的不锈钢，即铁素体不锈钢晶体结构是完全的铁素体，因为Fe和Cr都形成铁素体。当一种奥氏体形成元素如镍被添加到Fe－Cr不锈钢后，其作用是随着镍含量增加，形成奥氏体的量增加，直到所有的铁素体转变成奥氏体成为奥氏体不锈钢。使用最广泛的奥氏体不锈钢是通常被称为18-8（18％Cr，8％Ni）的304不锈钢。这是一种全奥氏体的不锈钢，因为8％的Ni足以抵消18Cr的作用，将所有的铁素体转变成奥氏体。

如果只加入所需镍量的一半，会得到大约50％的铁素体和50％的奥氏体，这种钢被称为双相不锈钢。第三章不锈钢的分类双相不锈钢Duplexstainle37第三章不锈钢的分类双相

不锈钢Duplexstainlesssteel双相不锈钢中最常用的是2205,含大约22％Cr、3％Mo，它们都是铁素体形成元素。50％的奥氏体组织是通过添加5％Ni和0.17％N形成的，Ni和N都是奥氏体形成元素。关于新的双相不锈钢钢种2101,只添加1.5％的Ni，但通过添加5％Mn可形成50％的奥氏体组织，Mn是一种弱奥氏体形成元素，但是它允许添加的氮含量高达0.22％。碳含量也稍微高一些，钼含量低，这都将促进奥氏体的形成。第三章不锈钢的分类双相不锈钢Duplexstainle38第三章不锈钢的分类双相不锈钢的特点1、双相不锈钢的镍含量比相应奥氏体钢种低。2、强度高，韧性高。3、耐腐蚀性强。4、焊接性能好。也就是说兼具奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点。一般把抗点蚀指数PRE大于40的称为超级双相不锈钢。PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N第三章不锈钢的分类双相不锈钢的特点1、双相不锈钢的镍含量比39第三章不锈钢的分类沉淀硬化不锈钢主要是铁－铬－镍合金，还添加一些元素。它主要是在马氏体、奥氏体、双相钢的组织上，经热处理沉淀析出细小、弥散的硬化相，使钢硬化或强化。典型钢种有：17－4PH。主要用于制作杆件及紧固件等。第三章不锈钢的分类沉淀硬化不锈钢主要是铁－铬－镍合金，还添40第三章不锈钢的分类特性马氏体铁素体奥氏体双相沉淀硬化耐蚀性不锈性△×◎◎◎◎耐全面腐蚀□△◎△◎□◎□△耐点蚀、缝隙腐蚀性△×◎△◎□◎□△×耐应力腐蚀性△×◎×□◎△×耐热性高温强度◎△◎△◎□抗氧化性、抗硫化性△◎△□×□□△热疲劳性□□□□□焊接性冷加工焊接性△×□△◎◎△深冲性能△×◎◎△△×深拉性能△×□◎△△×易切削性□△□□△强度塑性韧性室温强度◎□□◎◎室温塑性、韧性□×□◎◎□△低温韧性、塑性□×□×◎□△×□其它磁性有有无有有无导热性□◎×□□×线膨胀系数小小大中中×◎优□良△中×差不锈钢性能汇总第三章不锈钢的分类特性马氏体铁素体奥氏体双相沉淀硬化耐蚀性41第四章怎样生产不锈钢AOD一步法AODLFCCM不锈钢生产流程第四章怎样生产不锈钢AOD一步法AODLFCCM不锈钢生产42第四章怎样生产不锈钢EAF+AOD两步法LFCCMAODVODCCMAODAOD+VOD两步法EAF不锈钢生产流程第四章怎样生产不锈钢EAF+AOD两步法LFCCMAODV43第四章怎样生产不锈钢EAF+AOD（MRP）+VOD三步法EAFVODCCM第四章怎样生产不锈钢EAF+AOD（MRP）+VOD三步法44第四章怎样生产不锈钢

C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%镍铬铁水4.5~5.50.6~1.5≤1≤0.035≤0.014.5~6.01.3~1.6普通铁水4.0~4.5≤0.4≤1.0≤0.12≤0.6

典型铁水成分典型不锈钢成分C%S%吹氧时部分锰氧化，加SiMn还原及合金化Cr%Ni%200系加Cu控氮冶炼不锈钢的任务吹氧烧硅，加FeSi还原及合金化普通铁水先脱磷

C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%Cu%N201（J1）0.07~0.090.35~0.610.5~10.8≤0.045≤0.00613.5~14.01.3~1.60.75~0.80.13~0.163040.03~0.060.3~0.61.0~1.5≤0.035≤0.0118.0~18.58.0~8.5-≤0.064300.03~0.050.2~0.40.2~0.45≤0.03≤0.00516.05~16.4--≤0.042第四章怎样生产不锈钢C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%45第四章怎样生产不锈钢降碳保铬——钢液中C、Cr的竞争氧化

使用AOD转炉冶炼优质不锈钢，有两个必须要完成的核心任务：脱碳即将钢水中的碳含量降低到钢种要求的范围之内保铬即保住钢水中的铬元素，使之不致被大量氧化而进入炉渣，同时还要使其含量符合钢水的冶炼要求。

第四章怎样生产不锈钢降碳保铬——钢液中C、Cr的竞争氧化46第四章怎样生产不锈钢脱碳保铬的基本化学反应

众所周知，AOD转炉中脱碳是靠吹氧来实现的。但是，在氧化钢水中碳的同时，其中的铬元素也可以被氧化。如下所示：钢水中碳的氧化反应[C]+[O]＝CO↑ ①钢水中铬的氧化反应2[Cr]+3[O]＝(Cr2O3) ②实际上在AOD熔池中，就存在着如下的化学反应:3[C]+(Cr2O3)=2[Cr]+3CO↑ ③第四章怎样生产不锈钢脱碳保铬的基本化学反应47第四章怎样生产不锈钢脱碳保铬的冶金条件进行不锈钢冶炼一个最重要的任务就是营造合适的物理化学条件，从而使方程式③尽最大可能地向右进行以实现“脱碳保铬”的任务。3[C]+(Cr2O3)=2[Cr]+3CO↑ ③方程式③反应平衡常数K为：第四章怎样生产不锈钢脱碳保铬的冶金条件进行不锈钢冶炼一个最48第四章怎样生产不锈钢脱碳保铬的冶金条件

早期教材一般认为当［Cr］>9％时m=3，n=4

也就是Cr3O4。目前一般认为Cr氧化生成物为Cr2O3，对于反应3[C]+(Cr2O3)=2[Cr]+3CO↑认为氧化生成的Cr2O3在渣中饱和析出，即a(Cr2O3)≈1。

，第四章怎样生产不锈钢脱碳保铬的冶金条件早期教材一般49第四章怎样生产不锈钢脱碳保铬的冶金条件，饱和氧条件下熔池碳、铬和温度的关系第四章怎样生产不锈钢脱碳保铬的冶金条件，饱和氧条件下熔池碳50第四章怎样生产不锈钢AOD炉脱碳的Fruehan模型（ArgonOxygenDe-Carburization）第四章怎样生产不锈钢AOD炉脱碳的Fruehan模型（Ar51第四章怎样生产不锈钢AOD炉（ArgonOxygenDe-Carburization）AOD炉的诞生

美国的合碳化物公司（UnionCarbideCorp）最早于1968年在乔林斯Joslyn钢厂18吨氩氧精炼转炉上开始了工业性生产。AOD冶炼不锈钢与电炉相比，具有以下优点：容易生产低碳和超低碳不锈钢。可以利用廉价的高碳铬铁和返回钢生产不锈钢。设备简单，操作方便，基建投资少且经济效益显著。第四章怎样生产不锈钢AOD炉（ArgonOxygenD52第四章怎样生产不锈钢AOD侧吹原理第四章怎样生产不锈钢AOD侧吹原理53第四章怎样生产不锈钢AOD工艺控制-脱碳和铬的氧化临界点脱碳保铬反应当熔池中碳含量大于临界点时，脱碳反应速率与碳含量无关，只与供氧强度有关，当熔池中碳含量降至临界点以下时，脱碳反应速率与碳含量有关，并随着碳含量降低而逐渐降低。第四章怎样生产不锈钢AOD工艺控制-脱碳和铬的氧化临界点脱54第四章怎样生产不锈钢AOD工艺控制-CRE到了碳含量低于0.6%以后，就开始动态脱碳了，在这里引入一个在AOD冶炼不锈钢中非常重要的概念—CRE（CarbonRemovalefficiency）

直译是碳的去除效率，指的是吹入的氧气用于脱碳所占的比例。因为氧气除了与碳反应，还参与了氧化金属生成炉渣的过程。我们希望在脱碳过程，氧气尽可能多的用于脱碳，但是在含铬的不锈钢冶炼过程是做不到的，那么随着碳含量的降低，用于氧气脱碳的效率也随着降低，也就是说氧气不能一直以一个恒定的流量吹到熔池里，否则金属就被过多的氧化了，随着碳含量的降低，随着CRE的降低，随着供氧强度的降低，脱碳也就变得越来越慢。同时为了使此时的脱碳效率达到最大，也就是CRE最大，使吹入的氧气尽可能地找到碳原子并与之反应，还要维持底吹（侧吹）风枪的搅拌强度，也就意味着在碳含量不断降低的同时，吹入的氧气流量逐渐降低，吹入的惰性气体流量逐渐增加。在整个冶炼过程中底吹的整体强度基本不变，这就是AOD冶炼不锈钢的工艺。。第四章怎样生产不锈钢AOD工艺控制-CRE到了碳含量低于055竖直吹炼位兑铁位风口自由位等待位测温、取样位出钢预热0°50-60°80-87°63°87-92°92-170°280°360=0°第四章怎样生产不锈钢AOD炉的不同阶段竖直吹炼位兑铁位风口自由位等待位测温、取样位出钢预热0°5056第四章怎样生产不锈钢冶炼阶段及加料控制第四章怎样生产不锈钢冶炼阶段及加料控制57第四章怎样生产不锈钢还原反应2(Cr2O3)+3[Si]＝4[Cr]+3(SiO2)(Cr2O3)+2[Al]＝2[Cr]+(Al2O3)脱硫反应(CaO)+［S］＝(CaS)＋［O］第四章怎样生产不锈钢还原反应58第四章怎样生产不锈钢AOD的各阶段废气分析第四章怎样生产不锈钢AOD的各阶段废气分析59第四章怎样生产不锈钢

C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%镍铬铁水4.5~5.50.6~1.5≤1≤0.035≤0.014.5~6.01.3~1.6普通铁水4.0~4.5≤0.4≤1.0≤0.12≤0.6

典型铁水成分典型不锈钢成分C%S%吹氧时部分锰氧化，加SiMn还原及合金化Cr%Ni%200系加Cu控氮冶炼不锈钢的任务吹氧烧硅，加FeSi还原及合金化普通铁水先脱磷

C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%Cu%N201（J1）0.07~0.090.35~0.610.5~10.8≤0.045≤0.00613.5~14.01.3~1.60.75~0.80.13~0.163040.03~0.060.3~0.61.0~1.5≤0.035≤0.0118.0~18.58.0~8.5-≤0.064300.03~0.050.2~0.40.2~0.45≤0.03≤0.00516.05~16.4--≤0.042第四章怎样生产不锈钢C%Si%Mn%P%S%Cr%Ni%60第四章怎样生产不锈钢吹氩控氮钢中N的溶解有诸多影响因素：①钢中元素的影响，N在钢中的活度②温度与钢种的影响③钢中[N]与钢中[O]、[S]的关系304钢中溶解N的变化曲线炉渣的控制铬比铁易氧化氧化产物Cr2O3熔点高，渣子很粘第四章怎样生产不锈钢吹氩控氮钢中N的溶解有诸多影响因素：361第五章不锈钢工艺及设备介绍第五章不锈钢工艺及设备介绍62第五章不锈钢工艺及设备介绍第五章不锈钢工艺及设备介绍63谢谢！谢谢！64演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！65不锈钢基础入门培训——讲师：吴洪涛2015年3月21日公司课件：请各位不要外传不锈钢基础入门培训——讲师：吴洪涛2015年3月21日公司课66第一章不锈钢的发展和历史不锈钢自二十世纪初问世以来，已有100年的历史，不锈钢的发明是世界冶金史上的一项伟大成就，不仅为现代工业的建立、发展和科技进步奠定了物质基础，而且在民用领域的广泛应用也显著提高了人们的生活质量。不锈钢是一种特殊的材料，兼有功能材料和结构材料两者的特征，是金属材料中的佼佼者，它具有许多优良的性能，如耐蚀性、耐低温性、好的加工性能等。不锈钢外观精美，寿命周期长，成本价低，可以百分之百的回收利用，因此，在各工业及民用领域得到了广泛和大量的使用，是一种非常好的结构和功能材料。随着我国改革开放和经济建设的深入发展，不锈钢与不锈钢制品在石油化工工业、国防工业和民用工业等领域的应用日渐普及和扩大，不锈钢制品的数量、品种、规格稳步增加。而且，随着技术的引进，国外的不少不锈钢的品种和牌号、新材料、新技术、新工艺、新制品在国内市场所占的比重逐步增加。前言第一章不锈钢的发展和历史不锈钢自二十世纪初问世以来，已有167

第一章不锈钢的发展和历史前言

第一章不锈钢的发展和历史前言68

不锈钢的诞生和大多数科研成果一样，并不是个人的研究结果，而是许多冶金工作者长期努力、互相借鉴、不断研究的结果。最后20世纪初，在社会具备一定的物质生产条件（主要是指低碳铬铁的生产）以及理论研究的进展（主要是铬铁合金中碳含量对腐蚀性的影响），在产业部门需要的情况下，不锈钢才应运而生。从开始研究不锈钢到初步研究成功经历了整整一个世纪。不锈钢的研究与开发大致可以分成三个阶段。第一章不锈钢的发展和历史不锈钢的发展不锈钢的诞生和大多数科研成果一样，并不是个人的研究结69第一章不锈钢的发展和历史这一阶段从1787年到1873年，经历了八十多年的时间。铬金属是法国分析化学家L.N.Vauqulin于1787年从西班牙的红铅矿中首次发现的一种元素，次年根据希腊语中表示颜色的词Chroma（闪耀的、光亮的）而命名的Chrome也叫Chromium。1820年，英国皇家研究所的学者M.Farafay，致力于研究将贵重金属熔于钢中炼成合金，制作出难氧化（难生锈）的新型刀具钢，当时主要添加的金属包括Ni、Ag、Pt、等。1820年他和刀具师J.Stodart成功的在还原铬矿石加入铁，制成了Fe-Cr合金。他们联名发表的论文中记述了所制作的刀具钢中熔入了1%Cr及3%Cr，但是并没有关于耐腐蚀的报告。但是此后关于Fe-Cr合金的研究逐渐增多。1838年Mallet提出了“铬含量增加使得Fe-Cr合金的耐腐蚀性增强”的报告1872年Woods和Clark提出含有30~35%铬的铁，耐酸性和耐腐蚀性显著增加的论点。第一阶段早期研究——探索第一章不锈钢的发展和历史这一阶段从1787年到1873年，70当时不能在不锈钢研制方面取得突破的原因主要是：当时所用的Fe-Cr合金含碳量过高，影响了铬发挥提高钢抗腐蚀性的有力作用。大部分研究者所选用的铬含量过低，过低的铬含量只能改善热处理性能，而不能提高抗腐蚀性。当时金属腐蚀方面的理论研究远未成熟，这使得对腐蚀及抗腐蚀性的看法绝对化；不少研究者试图研制出一种能耐各种酸、碱、盐腐蚀的类似铂金或金的耐腐蚀合金，其结果必然是要失败的。理论上的不成熟导致腐蚀试验方法也不是完全合适，这也掩盖了某些真实的情况。

第一章不锈钢的发展和历史第一阶段早期研究——探索当时不能在不锈钢研制方面取得突破的原因主要是：第一章不锈钢711895年德国的Goldschmidt用铝热法还原铬矿石，制得了低碳铬铁。有了低碳铬铁就可以配置出含碳量很低的Fe-Cr合金，从而为不锈钢的诞生奠定了必要的物质基础。1898年，Carnot和Goutal在Fe-Cr合金抗腐蚀性研究中发现了含碳量高的有害作用，从而澄清了Hadfield的影响，揭开了不锈钢研制的新篇章。1904年LeonGuillet作了低碳Fe-Cr合金的研究，并发表了一系列论文。他们研制的低碳铬钢的含碳量是0.043~1.0%，不锈钢的含碳量是0.02~0.1%，其中有的相当于今天的AISI410、420、430等钢种。1906年Guillet发表了对Fe-Cr-Ni系钢抗腐蚀性的研究结果。他研制的不锈钢成分与现在的Cr-Ni系不锈钢相差无几，可以说是最早的奥氏体不锈钢。他提出把不锈钢分成“铁素体不锈钢”、“马氏体不锈钢”和“奥氏体不锈钢”三大类，这是不锈钢发展史上的成果，一直沿用至今。1908年，P.Monnartz和W.Borchers从碳对含铬钢的耐腐蚀性的影响出发，对铬钢的耐腐蚀性问题进行了系统的研究。1911年他们发表了《铁铬合金的抗氧化性研究》一文，首次把不锈钢的耐腐蚀性与钝化现象结合起来，揭示了不锈钢的本质。1909年,W.Giesen发表了关于铬—镍奥氏体不锈钢中的高铬不锈钢，同年，A.M.Portevin发表了关于铁素体不锈钢和马氏体不锈钢的研究成果。第一章不锈钢的发展和历史第二阶段中期研究——进展1895年德国的Goldschmidt用铝热法还原铬矿石，制72

至此，我们说建立了不锈钢的基础理论，研究了不锈钢的三种组织状态分类，他们的机械性能和物理性能，对“耐腐蚀性”这样一个重要的课题也有了初步的认识，即结合了铬钢中碳的作用，确立了不锈钢耐腐性的基础，即：含铬钢的耐腐蚀性是以含Cr12％为界限的，在这个值的两边腐蚀速度显著加大。这种现象在氧化性酸（如HNO3）中特别显著，在水中和大气中也是如此。耐蚀性是以提高“钝化”现象为基本原因的。“钝化”与氧化性条件及腐蚀环境中的氧化剂含量有关，用电化学的观点来说，是与电池一端的结合条件有关。耐腐蚀性和含碳量这个条件密切相关，铁铬合金中过剩的碳十分有害。碳的稳定化十分重要，对耐侵蚀性影响显著。稳定碳的方法是加入适量易形成碳化物的元素，如Nb、Ti等。当时的研究尽管还不能从根本上弄清楚不锈钢的抗腐蚀性机理，但是还是揭示了几种不锈钢的大致的成分范围及主要的合金元素的影响和作用，这就为以后的研究指明了方向，从而为研制符合使用要求的具体钢种奠定了基础。

第一章不锈钢的发展和历史第二阶段中期研究——进展至此，我们说建立了不锈钢的基础理论，研究了不73在二十世纪初，由于理论的进展和工业发展的需要，几乎在同时好几个国家都研制成功了不锈钢。1913年H.Brearley在研制舰载炮炮筒用钢时发明了可硬化的不锈钢，这就是具有淬硬性那一系列被称为“马氏体不锈钢”的不锈钢。他们的研究结果表明，这种钢的成分范围是：[C]<0.7%，[Cr]=9~16%，其中0.35%C、13%Cr的钢主要用于旨在刀具，即现在的3Cr13（AISI420）钢。1911年C.Dantsizen在从事电阻丝研究时研制了一种同H.Brearley钢相同，但是碳含量更低，硬度稍低的材料。1914年，他提出钢的成分范围应该为0.07~0.15%C，14~16%Cr。这是一种低碳铁素体不锈钢，其成分与目前的1Cr13相似。1924年F.M.Beeket研制了一种含铬更高的（含25~27%Cr）的不锈钢，相当于目前的铁素体不锈钢AISI446。1909年~1912年，E.Maurer和B.Strauss在研究热电偶保护套管用钢时，对高铬钢及Cr-Ni钢进行了对比分析，结果在1912年将耐腐蚀性很高的Cr-Ni不锈钢的商品化。第一章不锈钢的发展和历史第三阶段不锈钢的进一步研究——不锈钢的诞生和实用化在二十世纪初，由于理论的进展和工业发展的需要，几乎在同时好几741910年~1914年，作为现代不锈钢的基础：1Cr13~4Cr13、Cr17~28、18-8等马氏体、铁素体、奥氏体不锈钢先后问世，可以说经历了一百多年的研究，人类终于找到了具有工业实用性的不锈钢雏形。从此以后的研究只是在腐蚀理论方面不断地深入，并按日益增多的使用要求，对成分作了适当的调整，从而又发展了不少的新品种；当总体来说，并没有越出上世纪初确定的这几个大的范畴。因此可以认为，不锈钢诞生于1910~1914年，近一百年只是在此基础上不断的发展完善。第一章不锈钢的发展和历史第一章不锈钢的发展和历史751910年~1914年诞生的组织分别为马氏体、铁素体和奥氏体的不锈钢，从化学成分来看，主要属于Fe-Cr和Fe-Cr-Ni两大体系。从第一次世界大战到第二次世界大战结束的近三十年间（1919年~1945年），随着各种工业的发展，不锈钢为适应各种工作条件而发生了细化，即在原来的两大体系三种组织状态的基础上，通过增减含碳量和添加多种合金元素而衍生出了许多新型的不锈钢。从二次世界大战结束到目前六十多年，主要是为适应抗海水、酸、碱、盐类腐蚀、吸收辐射、获得高强度、耐高温、节镍等需求而开发了抗点蚀、核工业、沉淀硬化不锈钢和锰氮代镍不锈钢。今年随着汽车工业的发展和为了解决奥氏体不锈钢晶间腐蚀以及应力腐蚀的问题，又发展了超低碳不锈钢和超纯铁素体不锈钢。目前不锈钢的牌号也已经多达数百种，经常使用的也在50种左右。第一章不锈钢的发展和历史不锈钢钢种的发展1910年~1914年诞生的组织分别为马氏体、铁素体76不容易生锈的钢就是不锈钢不锈钢（StainlessSteel）是不锈耐酸钢的简称，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；而将耐化学介质腐蚀（酸、碱、盐等化学浸蚀）的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐腐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。“不锈钢”一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。成功的关键首先是要弄清用途，然后再确定正确的钢种。第二章什么是不锈钢不容易生锈的钢就是不锈钢第二章什么是不锈钢77生锈是一种化学反应，本质上是金属的氧化反应。最常见的生锈现象是铁制品长期暴露在空气中和氧气发生了氧化反应，或者是被水中的氧元素侵蚀成为氧化物。金属材料与周围的环境，空气、水、气体介质、高温等发生氧化反应，使金属材料表面或基体被氧化发生腐蚀，失去光泽，降低强度的过程。表面产生的物质“锈”是铁的氧化物。第二章什么是不锈钢什么是生锈生锈是一种化学反应，本质上是金属的氧化反应。最常见的生锈现象78金属腐蚀是金属表面和介质发生的化学或电化学反应造成的，故有化学腐蚀及电化学腐蚀之分。化学腐蚀是因为金属表面与介质发生化学作用而引起的，它的特点是在腐蚀过程中没有电流产生。电化学腐蚀是指金属与电解质溶液作用发生的腐蚀。它的特点是在腐蚀过程中有电流产生，这是金属表面发生原电池作用的结果。通常在电化学腐蚀中规定电极电位较低的金属为阳极，阳极不断失去电子并将自己的离子投入到溶液而被腐蚀，阴极金属仅起传递电子的作用，本身没有发生腐蚀。第二章什么是不锈钢腐蚀的机理金属腐蚀是金属表面和介质发生的化学或电化学反应造成的，故有化79主要有以下防腐方法：1、加入合金元素，改变组织结构，从而提高钢的抗蚀性能。2、使金属形成表面转化层和“永久层”包括：化学及电化学覆层——通过氧化、磷化、铬酸盐化、氟化等表面合金化——通过氮化、渗铬、渗铝、渗氮等金属覆层——电镀金属、喷镀金属、化学镀、气相镀等非金属涂层——覆盖搪瓷、陶瓷、橡胶、塑料、油漆等3、阴极保护，即使金属成为阴极。4、“暂时性”的防腐措施。第二章什么是不锈钢怎样不生锈主要有以下防腐方法：第二章什么是不锈钢怎样不生锈80

提到不锈钢，就必须要提到一种非常重要的金属——铬。将铬熔于钢中进行合金化，当铬含量达到11~12%时，在空气中就很难生锈。在不锈钢的表面形成了Cr2O3氧化膜，这层氧化膜有以下的几个特点：透明致密快速自我修复功能第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理Cr2O3Fe+Cr+CCr是比Fe更容易氧化的金属Cr与空气中的O2

反应生成铬的氧化层稳定的氧化膜要求Cr>12%厚度1~2nm提到不锈钢，就必须要提到一种非常重要的金属—81第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理D=1nmD=4mmD=1.27万公里4×109倍3.14×109倍第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理D=1nmD=4mmD82第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理83第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理45nm单核1G20nm4核1.4G14nm2×8核3.0G3~5μm10-6m第二章什么是不锈钢不锈钢不生锈的原理45nm20nm14n84第二章什么是不锈钢神奇的铬第二章什么是不锈钢神奇的铬85

按不锈钢在900~1100℃加热，并在空气冷却到室温的机体组织分类。分为铁素体不锈钢（F）、奥氏体不锈钢（A）、马氏体不锈钢（M）、双相不锈钢（F-A）和沉淀硬化不锈钢。美国钢铁学会最早是用三位数字来标示各种标准级的不锈钢的，其中：奥氏体不锈钢用200和300系列的数字标示，例如，某些较普通的奥氏体不锈钢是以201、304、316以及310为标记。铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。铁素体不锈钢是以430和446为标记，马氏体不锈钢是以410、420以及440C为标记。双相（奥氏体－铁素体）不锈钢、沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用专利名称或商标命名。第三章不锈钢的分类美国钢铁协会AmericaIronandSteelInstitute简称AISI按不锈钢在900~1100℃加热，并在空气冷却到室温86第三章不锈钢的分类美国钢铁协会AISI对于不锈钢的分类不锈钢铬系（AISI400系）铬镍系（AISI300系）马氏体不锈钢铁素体不锈钢奥氏体不锈钢双相不锈钢沉淀硬化不锈钢Fe-Cr-CFe-Cr-Ni2Cr13(420)1Cr13(410)1Cr17Ni2(431)0Cr17(430)0Cr11Ti(409)AISI200系0Cr19Ni9(304)0Cr17Ni12Mo2(316)1Cr17Mn6Ni5(201)1Cr18Mn8Ni5N(202)1Cr25Ni5Mo1.5(329)Cr25Ni5Mo3N0Cr17Ni7AlAISI600系代表钢种按组织结构按化学成分00Cr25Mo2(446M)第三章不锈钢的分类美国钢铁协会AISI对于不锈钢的分类不锈87第三章不锈钢的分类低铬系不锈钢的发展简图410409L409SR410S410L耐蚀性、成型性Clowered焊接性、成型性CCrloweredMnCuadded焊接性Clowered焊接性、成型性CCrloweredTiadded高温抗氧化性Siadded410DH420J1420J2耐磨性、硬度Cincreased耐磨性、硬度Cincreased420H429J1440ACincreased耐磨性、硬度Cradded硬度Cadded耐磨性、硬度410DBCrloweredMnaddedCNcontrolled未回火处理下提高硬度第三章不锈钢的分类低铬系不锈钢的发展简图410409L4088第三章不锈钢的分类中高铬系不锈钢的发展简图430430CuN430LN445MT430LNM434LN1SX130-2430UD430XT429EX439LMH1432LTM436LT430AB430LNAB18-3SR20-5USR高温氧化性CloweredAladded高温抗氧化性CloweredAlincreasedLaZradded抗细菌性Agadded焊接性、耐蚀性、成型性CloweredNbaddedCrincreased高温强度、焊接性、成型性CLoweredNbSiadded高温强度Moadded成型性CloweredTiadded耐蚀性Moadded耐蚀性Cuadded耐蚀性、焊接性Crincreased耐蚀性、焊接性、成型性CloweredCrincreasedNbadded耐蚀性Moadded耐腐蚀性CloweredMoincreased耐蚀性CIncreased耐蚀性Moadded耐蚀性Cuadded430J1436J1436L焊接性、耐蚀性Moadded焊接性、耐蚀性Clowered444445J1445J2447J1434LN2MoIncreasedTiadded耐蚀性、深冲性耐蚀性CrMoIncreasedNbadded深冲性能Moincreased耐蚀性CloweredNbNadded耐蚀性Cradded耐蚀性CloweredTiadded耐蚀性Cradded耐蚀性第三章不锈钢的分类中高铬系不锈钢的发展简图430430Cu89

铁素体是常温下铁和低碳合金的基本晶体结构（体心立方BCC）。一般来讲碳钢在室温下的晶体结构被称为铁素体。它是一种体心立方（BCC-bodycentercubic）结构，立方体的每个角有一个铁（Fe）原子，立方体的中心有一个铁原子，这种晶体单元非常小，在每立方毫米金属中有数十亿个这样的晶体单元。当钢中添加铬（Cr）时，铬原子替代了晶体中的一些铁原子，但是晶体结构没有改变。这就是为什么这些简单的Fe-Cr钢种被称之为铁素体不锈钢。第三章不锈钢的分类铁素体不锈钢Ferritestainlesssteel铁素体是常温下铁和低碳合金的基本晶体结构（体90第三章不锈钢的分类铁素体不锈钢如409和430已经使用了许多年，它特点为人们熟知。在某些特定的场所它们已经成为既定钢种。例如，409不锈钢常被指定用于汽车排气系统，它有足够的耐腐蚀性，有足够的可成形性和焊接性，可以通过采用自动化工艺，严格控制加工制作，成本比较低。铁素体不锈钢Ferritestainlesssteel第三章不锈钢的分类铁素体不锈钢如409和430已经使用了许91第三章不锈钢的分类铁素体不锈钢的特性和用途第三章不锈钢的分类铁素体不锈钢的特性和用途92

当镍添加到不锈钢中时，它使晶体结构从体心立方体（BCC）转变为面心立方体（FCC）—立方体的每个角仍然是一个铁原子，但是现在不是在立方体的中心有一个原子，而是在每个面的中间有一个原子。这种结构被称为奥氏体，这就是奥氏体不锈钢，如十分常见的300系列304和316不锈钢的结构。第三章不锈钢的分类奥氏体不锈钢Austeniticstainlesssteel当镍添加到不锈钢中时，它使晶体结构从体心立方体（BC93非常好的可成形性。具有比其他类型的不锈钢更好的焊接性。韧性耐腐蚀性光泽高温性能第三章不锈钢的分类奥氏体不锈钢的优点非常好的可成形性。第三章不锈钢的分类奥氏体不锈钢的优点94第三章不锈钢的分类不锈钢中形成奥氏体的方法扩大奥氏体元素:C,N,Ni,Mn,Cu,…扩大铁素体元素:Cr,Mo,Si,Nb,Ti,…人们对这些元素在形成奥氏体方面的相对进行测定，已经开发出不同的公式计算“镍当量”，用在一些著名图表如Schaeffler-DeLong和WRC1992图表中。尽管系数有一些差异，但都体现了这些奥氏体形成元素的相对重要性：镍当量＝Ni％＋30C％＋30N％＋0.5Mn％＋0.25Cu％Schaeffler-Delong图第三章不锈钢的分类不锈钢中形成奥氏体的方法Schaeffl95200的发展可回溯到半个世纪以前，因为正是二次世界大战中镍的短缺导致第一次用锰/氮代替部分或全部的镍。在200系列不锈钢中加入氮（N）和锰（Mn）都有助于形成奥氏体。上述“镍当量”公式表明锰在形成奥氏体的过程中不是十分有效，但它的加入可使更多的氮溶解到不锈钢中，氮是一种非常强的奥氏体形成元素。通过加入足够的锰／氮可获得100％的奥氏体组织。镍的用量越低，需要的锰／氮含量就越高。加入奥氏体形成元素Ni、Mn、N、和Cu的结合。这些合金的要目的是降低镍含量，从而降低不锈钢的成本。但是，它是副作用是铬含量的降低（为了获得100％的奥氏体组织），前面提到的PRE公式说明了铬在提高耐腐蚀方面的重要性（304不锈钢含18％-20％Cr）。第三章不锈钢的分类200系列钢种同其他Cr-Mn-N(-Cu)不锈钢200的发展可回溯到半个世纪以前，因为正是二次世界大战中镍的96铬元素是所有不锈钢钢种耐腐蚀性能的关键因素,铬含量低意味着耐腐蚀性能差。一般200系钢种中的铬含量要比304钢种低，因此它们耐腐蚀能力均比铬镍系列不锈钢差。第三章不锈钢的分类200系列钢种同其他Cr-Mn-N(-Cu)不锈钢铬元素是所有不锈钢钢种耐腐蚀性能的关键因素,铬含量低意味着耐97第三章不锈钢的分类200系列钢种同其他Cr-Mn-N(-Cu)不锈钢晶间腐蚀在低PH值（酸性条件下），1%镍钢种的缝隙溶解率（即腐蚀率）比铬镍钢304高出10倍。含碳量也与腐蚀有关。第三章不锈钢的分类200系列钢种同其他Cr-Mn-N(-C98第三章不锈钢的分类奥氏体不锈钢的特性和用途第三章不锈钢的分类奥氏体不锈钢的特性和用途99第三章不锈钢的分类马氏体不锈钢Martensiticstainlesssteel

马氏体在常温下具有稳定的结构，与铁素体和奥氏体相比，更接近于铁素体，它也是体心立方结构，但是立方体的一个轴被延长，也就是一个晶体有三个轴成直角，两个边相等，一个边不等（四方体）。对铁素体或奥氏体的立方晶体进行热处理或冷处理就会出现这样的情况。马氏体在三种晶体结构中最硬，强度最好，同时也最难焊接。马氏体不锈钢具有热处理时有相变发生，既可以利用这个特性来调整其力学性能，即采用热处理来强化，其淬透性高，含碳高的钢通过空冷淬火也可以得到马氏体。

马氏体的强度主要归功于碳，其他合金元素对于强度直接影响不大。合金元素主要用来控制相的稳定性。第三章不锈钢的分类马氏体不锈钢Martensitics100第三章不锈钢的分类马氏体不锈钢的特性和用途第三章不锈钢的分类马氏体不锈钢的特性和用途101第三章不锈钢的分类双相不锈钢Duplexstainlesssteel

在一种不锈钢中，有两种相反的力量在起作用：即，铁素形成元素企图形成铁素体，而奥氏体形成元素企图形成奥氏体。最终的组织将取决于钢中存在的这两类添加元素的相对数量。

最基本的不锈钢，即铁素体不锈钢晶体结构是完全的铁素体，因为Fe和Cr都形成铁素体。当一种奥氏体形成元素如镍被添加到Fe－Cr不锈钢后，其作用是随着镍含量增加，形成奥氏体的量增加，直到所有的铁素体转变成奥氏体成为奥氏体不锈钢。使用最广泛的奥氏体不锈钢是通常被称为18-8（18％Cr，8％Ni）的304不锈钢。这是一种全奥氏体的不锈钢，因为8％的Ni足以抵消18Cr的作用，将所有的铁素体转变成奥氏体。

如果只加入所需镍量的一半，会得到大约50％的铁素体和50％的奥氏体，这种钢被称为双相不锈钢。第三章不锈钢的分类双相不锈钢Duplexstainle102第三章不锈钢的分类双相

不锈钢Duplexstainlesssteel双相不锈钢中最常用的是2205,含大约22％Cr、3％Mo，它们都是铁素体形成元素。50％的奥氏体组织是通过添加5％Ni和0.17％N形成的，Ni和N都是奥氏体形成元素。关于新的双相不锈钢钢种2101,只添加1.5％的Ni，但通过添加5％Mn可形成50％的奥氏体组织，Mn是一种弱奥氏体形成元素，但是它允许添加的氮含量高达0.22％。碳含量也稍微高一些，钼含量低，这都将促进奥氏体的形成。第三章不锈钢的分类双相不锈钢Duplexstainle103第三章不锈钢的分类双相不锈钢的特点1、双相不锈钢的镍含量比相应奥氏体钢种低。2、强度高，韧性高。3、耐腐蚀性强。4、焊接性能好。也就是说兼具奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点。一般把抗点蚀指数PRE大于