合金钢与不锈钢.doc

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1、不锈钢与合金钢碳钢指含碳量在0.0218%2.11%之间的铁碳合金,其以铁,碳,锰为主要元素而不含有其它有效的合金元素,机械性能通常不如合金钢.不锈钢隶属于合金钢范畴,它是一种高合金钢,含有大量的铬,还有的含有大量的镍和一定量的钛.铬的作用就是让钢具有耐腐蚀性,镍的作用是降低不锈钢的奥氏体化温度.合金元素的总含量可达到1028%,所以它是高合金钢.钢就是铁,就是含碳量小于2.11%的铁,大家知道纯铁的成分就是Fe原子,而一般的铁都不是纯铁,都是Fe-C合金,这也就是铁碳相图的由来,而钢就是含碳比较少,但是人们发现,钢材如果参杂Cr之后,就会基本不生锈,于是参杂的Cr的钢材一般就都是不锈钢了,都

2、具有不锈钢的性能,但是如果再参杂别的合金,比如Ni,Mo之类的合金元素,就往往会产生更强的性能,这也就是合金钢的由来,所以不锈钢也是合金钢,另外合金钢也是由Fe-C来的啊,所以里面也有碳,所以就有了根据含碳量高低分的低合金,高合金之类的分法,因为含碳量越高越脆.合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铌、锆、钴、铝、铜、硼、稀土等.其中钒、钛、铌、锆等在钢中是强碳化物更易与碳形成化合物形成元素,只要有足够的碳,在适当条件下,就能形成各自的碳化物,当缺碳或在高温条件下,则以原子状态进入固溶体中；锰、铬、钨、钼为碳化物形成元素,其中一部分以原子状态进入固溶体中,另一部分形成置换式合金

3、渗碳体；铝、铜、镍、钴、硅等是不形成碳化物元素,一般以原子状态存在于固溶体中.$ T e0 c8 V$ o7 Z0 Q0 u , 0 x$ C/ C合金钢种类很多,通常按合金元素含量多少分为低合金钢含量5,中合金钢含量510,高合金钢含量10；不锈钢基础一、 概述 ! X: f3 Z- N/ m随着世界工业的发展,人们迫切需要有一种特殊物理性能的钢种,以满足工业的进一步发展.这种钢要求既能生产又易加工；既不易生锈又具有耐酸、耐热、不起皮、无磁性等等的特殊性能. 世界各国冶金生产者和冶金学者为了创造发明这一钢种,从十九世纪后期,就开始精心的研究,直到一九一零年才有高铬合金的首批生产.在二十世纪初

4、的一九一三年,英国报道了含碳量为0.4%的钢中含有916%铬时具有良好的抗腐蚀性能.接着,德国在一九一四年报导了含铬含镍的钢能抗氧化和酸的作用；加拿大在一九一五年、美国在一九一六年获得生产这类钢的专利权；一九一七年法国也报导了含铬1015%、含镍在2040%的合金钢.可见,不锈钢几乎同时在四、五个国家出现.因此说,不锈钢是世界各国冶金生产者和冶金学者进行精心研究的成果. 9 D% j4 w4 5 r 2 9 t$ i! - g& |& 1 i4 C4 / 不锈钢在我国和许多国家,它的生产和应用,仅仅是刚刚开始.由于不锈钢有良好的物理化学性能,它的生产和应用将在深度和广度上不断发展和扩大. 3

5、N# d7 _2 U% 6 O- S0 U不锈钢从化学成份上讲,是一种以铁和碳为基础的含有较多合金元素的高合金钢.不锈钢从物理、化学性能上讲,是一种特殊钢. 5 S* ?1 w2 _/ P u s G& : N9 , P! a不锈钢包括耐酸钢、不起皮钢、耐热钢和电阻合金等的表面处理通过酸洗工艺后,它们的共同特点是在空气与弱腐蚀介质中能抵抗腐蚀性即不易生锈.由于这些钢具有不易生锈的特点,所以人们统称它们为不锈钢. 5 4 J! 2 c; % U不锈钢,不是绝对的不生锈不被腐蚀,而是生锈量、被腐蚀量少；生锈和被腐蚀的过程较慢,甚至根本不能察觉.因此说,不锈只具有相对的含义,而不是绝对的.b1 F%

6、 # y. i7 s; x% 二、 不锈钢的性能和组织 ; Z2 o8 v* U1铬是构成不锈钢的基本元素1 n0 p5 Y7 W5 5 R铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的最基本元素.在氧化性介质中,铬能使钢的表面很快形成一层实际为腐蚀介质不能透过和不溶解的富铬的氧化膜,这层氧化膜很致密,并与金属基本结合得很牢固,保护钢免受外界介质进一步氧化浸蚀；铬还能有效地提高钢的电极电位.当含铬量不低于12.5%原子时,可使钢的电极电位发生突变,由负电位升到正的电极电位.因而可显著提高钢的耐蚀性.铬的含量越高,钢的耐蚀性能越好.当含铬量达到25%、37.5%原子时,会发生第二次第三次的突变,使钢具有更高的耐腐蚀

7、性能. 0 $ A6 d _+ N g% E/ W* U; m / N$ Y7 n* x. o5 _2镍单独不能构成不锈钢镍对不锈钢耐腐蚀的影响,只有它与铬配合时才能充分显示出来.因为,低炭镍钢要获得纯奥氏体组织,含镍量需达24%；要使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变,含镍量需在27%以上.所以,镍不能单独构成不锈钢.而在含铬18%的钢中加入9%的镍,就能使钢在常温下获得单一奥氏体组织,并可以提高钢对非氧化性介质如：稀硫酸、盐酸、磷酸等的耐蚀性,并能改善钢的焊接和冷弯等的工艺性能. ; q, _0 v5 O6 + M6 S- h7 _+ f1 v G, l% J3锰和氮可代替铬镍不锈钢中的镍

8、 # T9 # 0 p4 ! n! |! & U* v锰和氮在不锈钢中有镍相仿的作用.锰的稳定奥氏体作用为镍的二分之一,而氮的作用比镍大很多,约为镍的40倍左右.因而锰和氮可代镍获得单一的奥氏体组织.但锰的加入会使含铬低的不锈钢耐蚀性降低.同时,高锰奥氏体钢不易加工.因此,在不锈钢中不单独使用锰,只用部分代替镍. - A! o/ c0 j5 y- o7 l4 X8 u& k+ |! r. U3 / M: zj. n5 G4 2 T& J+ L4碳在不锈钢中具有两重性 H4 L4 ! f/ f$ w+ - _碳在不锈钢中的含量与其分布的形式,在很大程度上左右着不锈钢的性能和组织：一方面碳是稳定奥

9、氏体元素,并作用的程度很大,约为镍的30倍,含碳量高的马氏体不锈钢,完全可以接受淬火强化,从而在机械性能方面可大大提高它的强度；另一方面由于碳和铬的亲和力很大,在不锈钢中要占用十七倍碳量的铬与它结合成碳化铬.随着钢中含碳量的增加,则与碳形成碳化物的铬越多,从而显著降低钢的耐蚀性.所以,从强度与耐腐蚀性能两方面来看,碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的.在实际应用中,为了达到耐腐蚀的目的,不锈钢的含碳量一般较低,在大多在0.1%左右,为了进一步提高钢的耐腐蚀能力,特别是抗晶间腐蚀的能力,常采用超低碳的不锈钢,含碳量在0.03%甚至更低；但用于制造滚动轴承、弹簧、工具等不锈钢,由于要求有高的硬度和耐磨性

10、,因而含碳量较高,一般均在0.851.00%之间.如9Cr18钢等. o9 y8 T; E0 g 5钛和铌能防止不锈钢的晶间腐蚀6 E/ e, L. Y8 X0 M% n7 r9 Q2 q不锈钢加热到450800时,常常由于在晶界析出铬的碳化物而使晶界附近的含铬量下降形成贫铬区,导致晶界附近的电极电位下降,从而引起电化学腐蚀.这种腐蚀叫做晶间腐蚀.常见的如在焊缝附近的热影响区内发生的晶间腐蚀.而钛和铌是强碳化物形成元素,它与碳的亲和力比铬大得多,钢中加入钛或铌,就能使钢中的碳首先与钛或铌形成碳化物,而不与铬形成碳化物,从而保证晶界附近不致因贫铬而产生晶间腐蚀.因此,钛和铌常用来固定钢中的碳,提

11、高不锈钢抗晶间腐蚀的能力,并改善钢的焊接性能. m5 U& V; P. t2 o6钼和铜能提高某些不锈钢对某些介质的耐腐蚀性能钼和铜能提高不锈钢对硫酸、醋酸等腐蚀介质的耐蚀能力.钼还能显著提高对含氯离子的介质如盐酸以与有机酸中的耐蚀能力.但含钼的不锈钢不宜在硝酸中应用,含钼的不锈钢在沸腾的65%硝酸中的腐蚀速度比不含钼的增加一倍；铜加入铬锰氮不锈钢中,会加速不锈钢的晶间腐蚀. . r x8 N$ i O+ , S* u& 钼对钢获得单一奥氏体组织有不利影响,因此在含钼钢中,为了使钢在热处理后具有单一的奥氏体组织.镍在锰等元素的含量要相应的提高. 7硅和铝能提高不锈钢的抗氧化能力 & | _ h

12、 w! S7 W硅对提高铬钢抗氧化能力的作用很显著,含5%铬与1%硅的钢,抗氧化的能力可与12%铬钢相等.如使钢在1000能抵抗氧化,含0.5%硅时需要22%的铬,如加入2.53%的硅以后,只需要12%的铬就可以了.有资料还介绍,向Cr15Ni20的铬镍钢中加2.5%的硅,抗氧化性能可相当Cr15Ni60的铬镍合金. : A8 M# b. Q u& X3 O W9 x$ E. W1 U; W# B向高铬钢中加铝也能使抗氧化性能显著提高,它的作用与加硅的功能相仿. 2 ?: |- c y3 H8 u, J O: 4 ; g5 M Y g6 G% ?6 E向高铬钢中加硅和铝的目的：一是为了进一步提

13、高钢的抗氧化性能,二是为了节约用铬. 8 w7 ; z2 p. Z+ g! i: E硅和铝对提高铬钢抗氧化性能的作用虽然很大,但也有很多缺点.最主要的是它使钢的晶粒粗化和脆性倾向增大. 2 f. u6 cs, e+ Q8 |* l8 E: G8钨和钒加入钢中,其主要作用是提高钢的热强性, K4 P% q9 P5 A3 d. P+ R4 J5 |4 p u3 9硼 2 k# s; I# s t1 u高铬铁素体不锈钢Cr17MO2Ti中加0.005%的硼,可使钢在沸腾的65%醋酸中的耐腐蚀性能提高；奥氏体不锈钢中加入微量0.00060.0007%的硼,可使钢的热态塑性改善；硼对提高钢的热强性有良好

14、的作用,可使不锈钢的热强性显著提高；含硼的铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有着特殊的用途. 4 O$ Z6 x $ ? n. Q U# e; S! N3 p6 以上谈到：构成不锈钢的基本元素铬影响不锈钢组织、性能的重要元素碳改善不锈钢性能和组织的添加元素镍、锰、氮、钛、铌、钼、铜、硅、铝、钨、钒、硼等十多个元素.在工业上实际应用的不锈钢,很多钢中同时存在着几种至十几种合金元素,当几种元素共存于不锈钢这一统一体中时,决定不锈钢组织的是各种元素影响的总和. CL J; o! & _0 d只含有铬元素的不锈钢,人们通常称它为不锈铁,工业上称它为铬不锈钢.这类钢都具有磁性,他们的金相组织为铁素体、马氏体

15、或铁素体、马氏体为主体的复相组织.这类钢具有抵抗大气与弱腐蚀介质的能力,或有更高的耐腐蚀性能与抗氧化性能,或可淬火使用.但他们的机械性能或工艺性能较差,几乎没有焊接性能等等的不足之处.这类钢远不能满足工业用钢的特殊要求. : h. w- tY2 w& 9 f0 b- M4 q在铬级不锈钢的基体中,加入适量的镍元素.如在含铬18%的低炭0.12%以下的炭的铁素体钢中加入8%的镍后,在常温下可获得最理想的纯奥氏体组织,这种钢就是人们通常所称的无磁性的不锈钢.这类铬镍不锈钢与相同含铬量的铁素体或马氏体耐酸不锈钢比较,不仅具有更高的耐腐蚀性能,更重要提他们具有良好的冷变形使之硬化的性能和焊接性能,在常

16、温或低温下均具有很高的塑性和冲击韧性,不具磁性等等的优良性能.这类不锈钢的缺点是机械性能比较低,对晶间腐蚀与应力腐蚀比较敏感,但通过适量的合金添加剂或工艺措施,就能改善或消除. t4 z+ m- I+ Z+ U在铬级不锈钢的基本中,添加以锰为主要合金元素的不锈钢.就是人们通常所讲的铬锰氮不锈钢.这类不锈钢除强度比铬镍钢为高外,其他如耐腐蚀性和工艺性能等都不如铬镍奥氏体不锈钢好.生产这类不锈钢除个别情况下,主要是为了节约昂贵的镍元素,所以这类钢又叫节镍不锈钢. 6 j7 S4 |e+ M7 k$ X三、 不锈钢的分类和用途 * W w Z1 u+ ip8 q: i3 z& c1 w不锈钢是一个范

17、围很大的特殊钢系列.我国生产的不锈钢钢号就有一百个以上.但就其主要合金成分,金相组织和工业上的主要用途,大体可作如下分类： M& m: - 3 v- B6 s . m. I+ L- D1不锈钢根据其主要合金成分,通常可分以下三类： 9 ?3 w! W5 B g$ E1 铬不锈钢类：$ k2 y8 / J# C% v$ 4 X这类不锈钢除铁基外,主要合金元素是铬.有的还分别含有硅、铝、钨、钼、镍、钛、钒等一种或几种元素,这些元素在钢中的含量分别在13之间. * a! G% * e1 ng sY/ + R |这类不锈钢除铁基外,主要合金元素是铬和镍.有的还分别含有钛、硅、钼、钨、钒、硼等一种或几种

18、元素,这些元素在钢中的含量在4%以下至微量. $ Z5 i$ 4 h y; y0 A j2不锈钢根据其结构金相组织,通常分以下三类： 1 铁素体的即含铬不含镍的不锈钢.这类钢冷加工能使之硬化到某种程度,热处理则不能.这类钢总是有磁性的. s W j3 v/ G: ! D% 0 J# O2 马氏体的这类不锈钢除个别的钢号含有少量的镍外,大多数钢号只含有铬,其优点是热处理能使之硬化.这类钢总是带有磁性的. * C+ Z o% z9 f5 B+ / B3 n T/ g9 i8 B, E- ?3 0 U. v. p3 不锈钢根据工业上的主要用途,可分为：不锈钢、耐酸钢、不起皮钢、耐热钢等四种.有的将电

19、热合金作为不锈钢的组成部分.他们的主要功能和代表性钢号分列如下： + B+ |, n R. f5 ?# w# A! A2 O2 耐酸钢在各种腐蚀性强的介质如酸、碱、盐溶液等中能抵抗腐蚀作用. 其代表性钢号有：Cr17、Cr28、Cr17Ti、Cr18Ti、Cr25Ti、Cr17Mn9、Cr17Ni2、OCr18Ni9、1Cr18Ni9、2Cr18Ni9、2Cr13Ni4Mn9、Cr14Mn14Ni、Cr18Mn8Ni5、Cr18Mn10Ni5MO3、1Cr18Ni9Ti、Cr17MO2Ti、Cr25MO3Ti、Cr18Ni11Nb、Cr18Ni12MO2Ti、Cr18Ni12MOTi、Cr18

20、Ni9Cu3Ti、Cr18Ni18MO2Cu2Ti、Cr18Ni20MO2Cu2Nb等. 0 h1 W+ g# By; m2 y |; # / # f3 L3 不起皮钢铁又叫抗氧化钢在高温下有足够的热稳定性,能够抵抗气体腐蚀而不剥落氧化铁皮的功能.简单讲,就是在高温下抗气体的侵蚀不起皮的钢. * 8 U& ! A j|综上所述,不锈钢不仅是广泛使用的耐蚀材料,而且具备较好的耐热性,包括抗氧化性与高温强度.因而,也是一类重要的耐热材料.稳定的奥氏体不锈钢,在低温下,仍能保持很高的冲击韧性,因而又是很好的低温结构材料；这类不锈钢不具铁磁性,因而也是无磁材料.高碳的马氏体不锈钢,不仅耐腐蚀,并有很好

21、的耐磨性.因而不锈钢又是一类耐磨材料.因此,不锈钢具有广泛优越的性能,其共性是不锈性. 8 : # Z g6 Z5 E* j O$ k; E. F1 f2 W2 i, 4 P# D3 X 7 u7 I t5 l+ c$ 3 B# d. s i q o0 wl3 S9 F* d- H0 E四、 不锈钢的鉴别 u% J; b4 t, 1 z. S我们在不锈钢的性能和组织、不锈钢的分类和用途两节中分别谈到了不锈& I ? s$ + r9 5 Z P钢的组织、性能和主要用途,谈到了不锈钢分别具有不锈、耐酸、耐高温、耐磨和奥氏体一般无磁性等特点.使我们对不锈钢有了一个基本的概念；加上不锈钢是我们常见的一

22、种高级合金钢.我们日常用品中的钢笔类和全钢手表壳、白色金属表带等一般都是不锈钢制成的.还有不锈钢小刀、不锈钢餐具等.这些日常的接触,给我们打下了识别不锈钢的基础.但是,我们日常所见的不锈钢,大多是1-2 Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti两种钢号基本相同的镍铬不锈钢和1-4 Cr13的铬不锈钢.而在我国,不锈钢的品种钢号在一百个以上,而且钢号中的元素不同和含量不同,其性能和价值也大不相同.因此,对不锈钢的鉴别,必须认真调查研究,弄清钢号印记,综合试验等方法才能正确认别. 6 d0 m, G% D; + B: h r b 0 W$ 1 m a+ M* M, x! h V2 e不锈钢整材,其来源

23、一般是钢厂订货或向国外进口以与社会超储积压的处理商品等.不锈钢材的来源不同,其鉴别的方法也有所不同. h& U& z$ N; e0 J5 n- v 0 ?, Z1鉴别进口或钢厂订购的不锈钢材,一般只需根据进口或钢厂的质量证明书简称质保书核对钢材或包装上的标志即可. 5 Z y: B5 3 F+ K8 7 f2 K4 MV* l质量证明书是供方对该批产品检验结果的确认和保证.所以质量证明书不仅说明材料的名称、规格、交货件数、重量和交货状态等.而且还必须说明规定的保证项目的全部检验结果.: $ ! B3 H* ?7 v6 E同样,为了便于管理,避免混乱和防止因混乱而造成使用事故.生产厂在材料或包装

24、上标出牌号、批号、状态、规格、数量和生产厂代号等标志.其标出的标志与质量证明书的记戴应是一致的.常用的标志方法主要有下列三种： 5 e: O: s: _; h% m$ 0 o+ Q1 涂色在材料规定部位涂上表明其牌号的颜色； 1 7 R6 g4 B T. n! u3 3 J7 e$ 2 打印在材料规定部位打钢印或喷印,以说明材料的牌号、规格、炉罐号 0 a! G$ v G4 y e M; 0 I+ r等.打钢印常用于厚钢板或大、中型型钢上. 3 挂牌在成捆或成箱的材料上,悬挂标明牌号、批号、规格、数量等的标牌. 3 A; i f% b3 q$ v q6 J不锈钢材的标志,一般采用打印和挂牌二种

25、. 3 V& k2 + 0 c! P2社会超储积压不锈钢材.根据趣储积压时间的长短和保管的好坏,一般有二种情况： 7 v A# 8 f$ y2 Q8 |一是超储积压时间不长,保养管又好,处理单位不仅保存有原始质量证明书或 抄件,而且钢材或包括上的标志俱全和清晰.对于这种不锈钢材的鉴别,同样只要根据质保书核对钢材或包装上的标志即可. 5 I h: S4 M1 , J, |5 h; l另一种是积压时间较长,保管又不完善,既无质量证明书,钢材或包装上的标志已不明显或脱落.对于这类不锈钢材的鉴别,主要是要进行深入的调查研究,向处理单位查阅原始单据.一般来说,发票等原始单据上都注有钢号等.如无钢号记戴,

26、还须查阅当地当时的价规资料,以价格来判明钢号.这是比较有效的确定钢号的方法,但往往容易张冠李戴.因此,必须掌握对实物的鉴别方法. 二不锈钢的实物鉴别： 5 y H0 w# s0 F: p0 r2 M9 k/ 实物鉴别,就是要在不明钢种号的情况下,根据商品包括整材、余料、废料等实物固有的物理、化学性质,借助简单的器具,用感官来确定它是不是不锈钢和属哪一类不锈钢的具体方法. + H: N% z. l% i应当指出：感官鉴别,不能分清具体钢种号,只能基本上区别铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢三个大类,其鉴别办法如下： 1色泽的区别： 4 R b z; B0 j- 2 x: J经过酸洗的不锈钢,表面

27、色泽银白光洁：铬镍不锈钢色银白呈玉色；铬不锈钢色白稍灰光泽弱；铬锰氮不锈钢的色泽与铬镍不锈钢相似稍淡.未经酸洗的不锈钢的表面色泽：铬镍钢呈棕白色；铬钢呈棕黑色；铬锰氮呈黑色,这三种色泽,是指氧化较重的色泽.冷轧未经退火的铬镍不锈钢,表面银白有反光.不锈钢除元钢外,一般都经酸洗呈白色. + B5 Ou5 & L1 t f- n方法是将钢材上的氧化层除去,放上一滴水,用硫酸铜擦,擦后如不变色,一般为不锈钢；如变紫红色：无磁性的为高锰钢,有磁性的一般为普通钢或低合金钢. 4 S8 a* C, D5 c, h4 D4 u5 v# t R! ! n4 p, l: wf7 ; , U6 A5 i3用吸铁石

28、鉴别： ! g c0 o5 x+ 7 G; Z6 H# Y a7 n, k q9 y9 Q3 化学定性法鉴别： 4 |! z* b5 3 L8 U l5 Y8 t8 i2 K: B化学定性法是鉴别有磁性的不锈钢中是否含镍的一种鉴别办法,其方法是：将小块不锈钢深解于王水中,用净水将酸液冲淡,加入氨水中和后,再轻轻注入镍试剂.如在液面上浮有红色绒状物质,即表明不锈钢中含有镍；如没有红色绒状物质,即证明不锈钢中无镍.但由于不锈钢中含镍量低,一般只有百分之几,镍的含量不易显露或确定多少,一般须用标准样品实验多次后才能掌握. 7 S- Kt# S D+ b7 v$ ?5 D C+ t2 I8 M K$

29、Z 以上几种鉴别办法说明：用感管鉴别不锈钢,不仅要用几种方法综合试验,而且其试验结果只能确定某种类型的不锈钢,不能确定钢中含有哪几种合金元素和具体含量.因此说,感官鉴别的方法,目前是极不完善的,有的可能是错误的,还有许多的物理现象,还只知其然而不知其所以然,有待于进一步探讨.品种主要纲号标准碳素结构钢SS330,SS400JIS G 3101SM400JIS G 3106St37-2,St37-3DIN 17100A573,A283ASTM40BS4360S235EN10083-2E235,E275ISO630低合金高强度结构钢SM490,SM490Y,SM520Y,SM570JIS G 31

30、06St44-3,St52-3,St50-2DIN 17100StE315,StE355,StE380,StE420,StE460DIN 17102A579,A678,A588,A656M,A633M,A572MASTMS275 S355EN10025-2S355NL,S420NL,S460NLEN10113-2EN10113-3E355,E420,E460ISO4950-3ISO4950-2E355ISO630品种主要纲号标准 桥梁用钢板14MnNbq专用条件Gr36、Gr50、Gr55、HPS50W、HPS70WASTM A709锅炉与压力容器用钢板12Cr2Mo1R,14Cr1MoRGb150B 附录 ASPV235,SPV315,SPV355,SPV410,SPV450JISG 3115SB410JISG 3103SGV410JISG 3118SBV1B SBVAJSIG 3119515516ASTM塑料模具用热轧厚钢板P20、718ASTM A681建筑结构用钢板SN400,SN490S10C-S55CJIS G 3136优质碳素结构钢JIS G 40517 / 7