不銹鋼是鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過12%的，因而具有不生銹特性的一大類鐵基合金鋼的通稱。如今各國不銹鋼牌號、品種已不下百余種，我國不銹鋼板和耐熱鋼板的標(biāo)準(zhǔn)牌號見表1-1和表1-2。

一、不銹鋼的分類

不銹鋼的分類方法有幾種：按主要化學(xué)組成分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳氮不銹鋼等；也可以以性能特點(diǎn)分成耐酸不銹鋼和耐熱不銹鋼等；通常以金相組織進(jìn)行分類。按金相組織分類為：鐵素體（F）型不銹鋼、馬氏體（M）型不銹鋼、奧氏體（A）型不銹鋼、奧氏體-鐵素體（A-F）型雙相不銹鋼、奧氏體-馬氏體（A-M）型雙相不銹鋼和沉淀硬化（PH）型不銹鋼。這幾類不銹鋼之間的成分如圖2.1所示。

1、鐵素體型不銹鋼  它的內(nèi)部顯微組織為鐵素體，其鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在11.5%～32.0%范圍內(nèi)。隨著鉻含量的提高，其耐酸性能也提高，加入鉬（Mo）后，則可提高耐酸腐蝕性和抗應(yīng)力腐蝕的能力。這類不銹鋼的國家標(biāo)準(zhǔn)牌號有00Cr12、1Cr17、00Cr17Mo、00Cr30Mo2等。這類鋼用于制造硝酸化工設(shè)備的吸收塔、熱交換器、儲槽和運(yùn)輸硝酸用的槽罐以及制造不承受沖擊載荷的其它零部件和設(shè)備。

 

 

 

 

 

 

 

按照碳和氮(C+N)的總量，高鉻鐵素體不銹鋼分為普通純度和超高純度兩個系列。

普通純度高鉻鐵素體不銹鋼，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%左右并含少量氮，如1Cr17、1Cr17Mo等牌號。它與常用的奧氏體型不銹鋼相比，缺點(diǎn)是材質(zhì)較脆，，焊接工藝性能較差。這是因?yàn)椋孩勹F素體晶粒長大后，只有通過壓力加工才能細(xì)化；②在高溫下（例如600～820ºC）停留時(shí)間長時(shí)，WCr≥17%的鋼會生成脆性的σ相（Crm Fen ）；③在400～526ºC溫度區(qū)間較長時(shí)間停留會出現(xiàn)室溫下的脆性，即475ºC脆性。由于這類鋼脆性較大，限制了它的應(yīng)用。

鐵素體型不銹鋼質(zhì)量的提高經(jīng)歷了一個過程：首先是依靠鉻作為鐵素體的穩(wěn)定元素，但此時(shí)碳的含量偏高，如1Cr17鋼，其韌性偏低，焊后若不進(jìn)行熱處理，必然會產(chǎn)生晶間腐蝕；而后在這類鋼中增加了強(qiáng)烈的鐵素體形成元素，如鋁，將鋼中鉻和碳含量降低，如0Cr13Al鋼，它的工藝性能和耐腐蝕性能優(yōu)于前者且制造成本降低，但韌性改善不夠明顯。近年來用新的冶煉方法，如通過真空或保護(hù)氣氛精煉技術(shù)冶煉出超低碳和超低氮含量（C+N總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.025%～0.035%）的超高純度高鉻鐵素體不銹鋼板，如00Cr18Mo2和00Cr27Mo等。它們無論在韌性、耐腐蝕還是焊接性等方面均優(yōu)于普通純度鐵素體不銹鋼，是一個很有前途的鋼種，并得到廣泛的應(yīng)用。

2、馬氏體型不銹鋼  它的顯微組織為馬氏體。這類鋼中鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.5%～18.0%，但氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)0.6%、碳含量的增高，提高了鋼的強(qiáng)度和硬度。在這類鋼中加入的少量鎳可以促使生成馬氏體，同時(shí)又能提高其耐腐蝕性。

這類鋼具有一定的耐腐蝕性和較好的熱穩(wěn)定性以及熱強(qiáng)性，可以作為溫度低于700ºC以下長期工作的耐熱鋼使用。它廣泛用來制造對韌性和沖擊韌度要求較高的零件，如汽輪機(jī)的葉片、內(nèi)燃機(jī)氣閥和醫(yī)療器械。這類鋼的焊接性較差。列入國家標(biāo)準(zhǔn)牌號的鋼板有1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2等。

3. 奧氏體型不銹鋼  其顯微組織為奧氏體。它是在高鉻不銹鋼中添加適當(dāng)?shù)逆嚕ㄦ嚨馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～25%）而形成的，具有奧氏體組織的不銹鋼。奧氏體型不銹鋼以Cr18Ni9鐵基合金為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上隨著不同的用途，發(fā)展成圖1-2所示的鉻鎳奧氏體不銹鋼系列。

奧氏體型不銹鋼不能利用熱處理使晶粒細(xì)化，也不能經(jīng)過淬火來提高其硬度。這類鋼的冷加工硬化程度高，通常沒有磁性，經(jīng)過冷作可在鋼內(nèi)析出少量鐵素體或馬氏體的組織，會出現(xiàn)少量磁性。

 

 

 

（3）0Cr18Ni9                               

 

（4）0Cr18Ni9                              

 

 

 

（6）0Cr18Ni9

 

奧氏體型不銹鋼一般屬于耐蝕鋼，是應(yīng)用最廣泛的一類鋼，其中以18-8型不銹鋼最有代表性，它是有較好的力學(xué)性能，便于進(jìn)行機(jī)械加工、沖壓和焊接。在氧化性環(huán)境中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和良好的耐熱性能。但對溶液中含有氯離子的介質(zhì)特別敏感，易于發(fā)生應(yīng)力腐蝕。如果在18-8型不銹鋼中，適當(dāng)減少些鎳和鉻的含量，可得到常溫下不穩(wěn)定的奧氏體組織，若再經(jīng)冷加工則容易產(chǎn)生馬氏體組織，使這種鋼變得強(qiáng)度高、硬度大且脆；反之，適當(dāng)增加一些鎳和鉻的含量，就能獲得穩(wěn)定的奧氏體組織，同時(shí)也可改善冷加工性能。在這類鋼中添加鈦和鈮時(shí)，能提高其抗晶間腐蝕能力；添加鉬、銅和鈦，則能提高其在還原酸（如稀硫酸）中的耐腐蝕性能，同時(shí)也提高其抗晶間腐蝕的能力；為了改善18-8型不銹鋼的切削性能，往往還要添加一些磷、硫及硒等元素。18-8型不銹鋼按其化學(xué)成分中碳含量的不同又分為三個等級：一般含碳量（Wc≤0.15%）、低碳級（Wc≤0.08%）和超低碳級（Wc≤0.03%）。例如我國國家標(biāo)準(zhǔn)中的1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2三種鋼板分屬上面三個等級。世界許多國家都感到鎳儲量的緊缺。為了節(jié)省鎳，早在四、五十年代世界上就開始用錳和氮取代18-8型不銹鋼中的部分鎳。研制并列入國家標(biāo)準(zhǔn)的鋼板牌號有1Cr17Mn6Ni5N和0Cr19Ni9N等。

部分奧氏體型不銹鋼可作為耐熱鋼使用，這是由于奧氏體的再結(jié)晶溫度高，鐵和其它元素的原子在其中的擴(kuò)散系數(shù)小，故其強(qiáng)化穩(wěn)定性比鐵素體高。用于工作溫度高于650ºC的熱強(qiáng)鋼多系奧氏體材料，是以奧氏體型不銹鋼為基礎(chǔ)添加一些提高熱強(qiáng)度性的合金元素而成。列入我國國家標(biāo)準(zhǔn)牌號的鋼板有1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni11Nb、0Cr23Ni13等。為了提高鋼的熱強(qiáng)性、抗氧性和抗?jié)B碳性，在0Cr25Ni20基礎(chǔ)上加入硅，研制出1Cr25Ni20Si3作為耐更高溫度抗氧化的奧氏體型不銹鋼�；�工設(shè)備中爐管，即要求具有耐腐蝕性能又要求在高溫下工作，往往選用鑄造或電渣熔鑄的奧氏體為基礎(chǔ)的（同時(shí)存在多種碳化物）不銹耐熱鋼或耐熱合金，如ZG4Cr25Ni20Si2(HK40)、ZG4Cr25Ni35Si（HP45）和ZG5Cr26Ni36Co15W5(Super-therm)等牌號（參見表1-1、表1-2）。

4.奧氏體-鐵素體型不銹鋼  其顯微組織為奧氏體加鐵素體。鐵素體的體積分?jǐn)?shù)小于10%的不銹鋼，是在奧氏體鋼基礎(chǔ)上發(fā)展的鋼種。它與含相同碳量的奧氏體型不銹鋼相比，具有較小的晶間腐蝕傾向和較高的力學(xué)性能，且韌性比鐵素體型不銹鋼好。同時(shí)，少量鐵素體的存在，還有利用奧氏體型不銹鋼在施焊過程中，防止焊縫熱裂紋的形成。這類鋼也被納入奧氏體型不銹鋼的范疇。

當(dāng)鐵素體的體積分?jǐn)?shù)在30%～60%時(shí)，該類鋼具有特殊抗點(diǎn)蝕、抗應(yīng)力腐蝕性能，從金相組織上分類，屬于典型的雙相不銹鋼。列入我國國家標(biāo)準(zhǔn)牌號的鋼板有00Cr18Ni5Mo3Si2、0Cr26Ni5Mo2雙相或復(fù)相不銹鋼，其鐵素體的體積分?jǐn)?shù)約為60%。這類鋼的屈服強(qiáng)度約為一般奧氏體不銹鋼的兩倍。除了有上述耐蝕性外，其耐晶間腐蝕性也較好。它已在大化肥廠尿素CO₂車間冷卻器以及化工廠制鹽蒸發(fā)設(shè)備的裝置等方面推廣使用。這類鋼屬于日前新型抗應(yīng)力腐蝕的鋼種，是機(jī)械加工、冷沖壓和焊接性能良好的一種發(fā)展前景的鋼種。

5.沉淀硬化型不銹鋼  按其組織形態(tài)可分三類：沉淀硬化半奧氏體型、沉淀硬化馬氏體型和沉淀硬化奧氏體型不銹鋼。列入我國國家標(biāo)準(zhǔn)鋼板牌號的有0Cr17Ni7A、0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr15Ni7Mo2Al三種，是屬于沉淀硬化半奧氏體型不銹鋼。該鋼的組織特點(diǎn)是在固溶或退火狀態(tài)時(shí)具有奧氏體加體積分?jǐn)?shù)為5%～20%的鐵素體組織。這種鋼經(jīng)過系列的熱處理或機(jī)械變形處理后奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，再通過時(shí)效析出硬化達(dá)到所需要的高強(qiáng)度。這種剛有很好的成形性能和良好的焊接性，可作為超高強(qiáng)度的材料在核工業(yè)、航空和航天工業(yè)中，得到應(yīng)用。