不锈钢材料的性能详解

物理性能不锈钢和碳钢的物理性能差异较大：碳钢的密度略高于铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢，而略低于奥氏体型不锈钢；电阻率按碳钢、铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢和奥氏体型不锈钢的顺序递增；线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；碳钢、铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢有磁性，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会产生磁性，可通过热处理方法来消除这种马氏体组织而消除其磁性。奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点：1）电阻率高，约为碳钢的5倍。2）线胀系数大，比碳钢大40%，并随着温度的升高，线胀系数的数值也相应提高。3）热导率低，约为碳钢的1/3。由于奥氏体型不锈钢具有这些特殊的物理性能，在焊接过程中会引起较大的焊接变形。特别在异种金属（指与碳钢、低合金钢）焊接时，由于这两种材料的热导率和线胀系数有很大差异，会产生很大的焊接残余应力，成为焊接接头产生裂纹的主要原因之一。

力学性能不论不锈钢板还是耐热钢板，奥氏体型不锈钢板的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性，同时硬度也不高，这也是它们被广泛利用的原因之一。奥氏体型不锈钢板同绝大多数的其他金属材料相似，抗拉强度、屈服强度和硬度随着温度的降低而提高；塑性则随着温度降低而减少。其抗拉强度在15～80℃范围内增大较快，温度进一步降低时则变化缓慢，而屈服强度的增长是较均匀的。更重要的是，随着温度的降低，其冲击韧度降低缓慢，并不存在脆性转变。所以18-8型不锈钢低温时能保持足够的塑性和韧性，如温度在-196℃时，冲击吸收功可达392J；甚至在液氦温度（-270℃）下仍保持有足够的冲击韧度值；更可贵的是在液氢温度（-273℃）下具有阻止应力集中部位发生脆性破裂的能力。因此，这类钢板被广泛应用于制造深冷设备，是一种不可缺少的低温工程材料。但是，为了防止18-8型锈钢产生热裂纹，往往在焊缝金属中要添加一些铁素体形成元素，而铁素体的形成会降低其低温冲击韧度。因此，在焊接这种低温材料时，要引起足够的重视。18-8型不锈钢板不仅在低温时具有良好的力学性能，而且在高温时又有较高的热强性。它在温度为900℃的氧化性介质和温度在700℃的还原性介质中，都能保持其化学稳定性，所以这种钢板也是常用的耐热材料。

耐热性能耐热性是指高温下既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，又有足够的强度即高温力学性能（热强性）。热稳定性为了使不锈钢在高温下具有稳定的耐氧化和耐气体介质腐蚀性能，必须使钢材表面不能形成疏松或易于破裂的氧化膜，如FeO、Fe3O4、Fe2O3。为了防止氧化膜的出现，最好在钢中加入Cr、Al和Si等合金元素，使钢材表面形成结构致密并与钢材表面牢固结合的氧化膜，如Cr2O3、Al2O3等合金氧化膜。这种合金氧化膜具有良好的保护作用，从而可延长钢材的使用寿命或提高使用温度。若铬的质量分数达到或超过12%，再加入铝和硅等合金元素就可发挥更大的抗氧化性能。在不锈钢中，若氧化膜主要以Cr2O3的形式出现，其抗环境温度剧变的能力最为优越。高温强度耐热钢产品在高温使用过程中要考虑到的因素：一是高温强度，高温强度的指标有蠕变强度和持久强度以及高温短时强度。钢材在高温下受恒定应力作用时，由于应力与温度共同作用的结果，可在低于屈服强度的条件下发生缓慢的塑性变形，这就叫蠕变。蠕变的速率随温度的提高和应力的增大而增加。蠕变强度是指材料在某一限定温度下，达到某临界蠕变速率（或某限定时间达到临界应变量）的临界应力长期高温工作时可能产生脆化现象和高温疲劳的特性。若耐热钢产品的高温强度不能满足图样设计要求，在工作过程中会发生重大事故；二是耐热钢产品长期处在工作状态，疲劳在使用过程中是一个不可回避的问题，疲劳会引起疲劳裂纹。疲劳裂纹一般由表面层或者表面下某些缺陷萌生的，在