不锈钢:权威指南

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什么是不锈钢?它的优点是什么?为什么要选择不锈钢?哪种不锈钢适合我?

如果您在探索设备或备件的最新添加时一直在考虑这些问题中的任何一个,我已经为您提供了答案。在这本不锈钢终极指南中,除了市场上最畅销的五个系列之外,我们还涵盖了您在购买时应考虑的所有事项。

第一章 不锈钢基本介绍

不锈钢:权威指南

什么是不锈钢?

不锈钢:是一组铁基合金,至少含有近 11% 的铬,这种配方可以防止铁生锈,并提供耐热性能。

不同种类的不锈钢包括氮、碳(从 0.03% 到大于 1.00%)、铝、硫、硅、铜、钛、镍、硒、钼和铌。

特定种类的不锈钢通常由三位数字指定,例如 304 不锈钢。

不锈钢对氧化铁生成的抵抗力源于合金中存在的铬,它会形成一层钝化膜,使底层物质免受腐蚀冲击,并且可以在氧气存在的情况下自愈。可以通过以下方式进一步提高耐腐蚀性:

  • 将铬物质提高到 11% 以上的水平
  • 添加超过 8% 的镍和钼(可产生抗“点腐蚀”)。
  • 氮的添加还提高了抗点蚀性并提高了机械韧性。因此,有不同的不锈钢级别,钼和铬的含量不断变化,以适应合金必须承受的气氛。

耐沾污和腐蚀、熟悉的光泽和低维护使不锈钢成为许多需要耐腐蚀性和钢强度的应用的优良材料。

此外,不锈钢可以轧制成板材、片材、管材、棒材和线材。这些可用于手术器械、炊具、重要器具、餐具、大型建筑物的建筑材料、食品和化学产品的储罐和罐车以及工业设备(例如,在化工厂、造纸厂、水处理中)。

耐腐蚀的物质、可以消毒和蒸汽清洁的轻质材料以及不需要表面覆盖的物质已经促使不锈钢用于食品和厨房加工厂。

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不锈钢的历史

随着一系列科学进步,不锈钢的诞生始于 1798 年,Louis Vauquelin 首次向法国科学院展示了铬。

在最初的 1800 年代,Robert Mallet、James Stoddart 和 Michael Faraday 用铬铁合金(“铬钢”)标记了氧化剂的抗性。Robert Bunsen 发现了铬对强酸的抵抗力。

1821 年,Pierre Berthier 可能主要承认铁铬合金的耐腐蚀性能,他注意到铁铬合金对某些酸的猛烈攻击存在反对意见,并建议将其用于餐具。

在 1840 年代,克虏伯和谢菲尔德钢铁制造商都制造了铬钢,并在 1850 年代将其应用于大炮。

1861 年,Robert Forester Mushet 获得了铬钢的专利。

这些事件导致布鲁克林铬钢厂的 J. Baur 首次发明了含铬钢来建造桥梁。

一项美国产品的专利于 1869 年获得授权。英国人约翰·克拉克 (John Clark) 和约翰·T·伍兹 (John T. Woods) 观察到铬含量为 5% 至 30%,并添加了中碳钨,因此对铬合金的耐腐蚀性的认可对此进行了跟踪。他们通过英国的“耐候合金”专利跟踪了这项创新的商业价值。

在 1890 年代后期,德国化学家“Hans Goldschmidt”改进了一种用于制造无碳铬的铝热(铝热剂)方法。

1904 年至 1911 年间,包括法国的莱昂·吉列 (Leon Guillet) 在内的许多研究人员开发了今天可用于检测不锈钢的合金。

Friedrich Krupp Germaniawerft 于 1908 年在德国生产了 366 吨的帆船Germania,采用铬镍钢结构。

Philip Monnartz 在 1911 年描述了耐腐蚀性和铬含量之间的关系。

1912 年 10 月 17 日,Eduard Maurer 和 Krupp 的工程师 Benno Strauss 将奥氏体不锈钢认证为 Nirosta。

同样的事态发展也在美国发生。Frederick Becket 和 Christian Dantsizen 正在对铁素体不锈钢进行机械加工。1912 年,埃尔伍德·海恩斯 (Elwood Haynes) 申请“一种马氏体不锈钢合金”的美国专利,但直到 1919 年才获得专利。

1912 年,英国谢菲尔德布朗弗斯研究实验室的 Harry Brearley 在要求为武器枪口提供耐腐蚀合金时,随后工业化并发现了一种马氏体不锈钢合金。

两年后,这一发现于 1915 年 1 月在《纽约时报》的一篇报纸文章中公布。

这种金属后来由 Firth Vickers 在英国以“Staybrite”品牌出售,并于 1929 年用于伦敦 Savoy 酒店的新入口遮阳篷。

1915 年,Brearley 申请了一项美国专利,却发现 Haynes 已经注册了一项。Haynes 和 Brearley 联合他们的资金,在宾夕法尼亚州匹兹堡创建了美国不锈钢公司。

起初,不锈钢在美国以“Nirosta steel”和“Allegheny metal”等各种品牌销售。即使在冶金领域,这个名字也没有定论;1921 年,一份贸易期刊称其为“不可持续的钢”。在大萧条之前,即 1929 年,美国每年生产和销售的不锈钢超过 25,000 吨。

1950 年代和 1960 年代的重大技术进步允许以低成本生产大吨位:

  • AOD程序(氩氧脱碳),用于脱硫和碳
  • 正在进行的连铸和带钢热轧
  • Z-Mill 或森吉米尔冷轧机

第二章 不锈钢:家族、系列、等级

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不锈钢的5个主要不同家族

为了满足使用不锈钢牌号的广泛应用,有 100 多种不锈钢牌号。这几个等级和类型是通过在合金中插入镍、硅、氮、锰和碳以及铬而制成的,以赋予强度、延展性、耐热性和柔韧性等特性。

5个主要的家族,主要按其晶体结构分类:奥氏体、铁素体、马氏体、沉淀硬化和双相。

奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢是最出色的不锈钢家族,约占所有不锈钢生产率的 2\3。他们获得奥氏体微观结构,这是一种立方面心晶体设计。这种显微组织是通过将钢与适当的氮、锰和镍合金化,从低温区到熔化区仍为奥氏体显微结构来实现的。因此,由于奥氏体不锈钢在所有温度下都具有相同的微观结构,因此它们不会在所有不同温度下硬化。

奥氏体不锈钢分为两个主要子类别,300 系列和 200 系列:

200系列是镍锰铬合金,增加氮和锰的用量,减少镍的用量。由于添加了氮,它们的屈服强度比 300 系列不锈钢板高出近 50%。

  • 201 型可通过冷加工硬化。
  • 202 型用于一般用途。降低镍含量和增强锰导致耐腐蚀性弱。

由于 300 系列是镍铬合金,仅通过镍合金化才能达到其奥氏体组织;一些合金含量非常高的牌号含有一些氮以减少镍的需求。300系列是应用最广泛、规模最大的一组。

304 型:最常见的牌号是 304 型,也被认为是 18/10 和 18/8,因为其成分分别为 8%/10% 镍和 18% 铬。

316 型:下一个最著名的奥氏体不锈钢是 316 型。添加 2% 的钼可提供更出色的耐酸性和由氯离子引起的局部腐蚀。碳含量最少的版本,例如 304L 或 316L,碳比率低于 0.03%,用于抵抗焊接引起的腐蚀问题。

铁素体不锈钢

铁素体不锈钢获得与碳钢相同的铁素体微观结构,立方面心晶体设计,含有 10.5% 至 27% 的铬,很少或不含镍。由于添加了铬,这种微观结构在所有温度下都存在,因此不能通过热处理硬化。

冷加工不能像奥氏体不锈钢一样强化它们。它们是磁性的。

在 430 型中添加锆 (Zr)、钛 (Ti) 和铌 (Nb) 可提供良好的可焊性。

由于几乎不含镍,因此它们不像奥氏体钢那样昂贵,并且存在于许多产品中,其中包括:

  • 汽车排气管(北美使用409Cb、409型;欧洲使用稳定等级441、439)
  • 结构和建筑及应用(430 级,含 17% Cr)
  • 建筑元素,例如烟囱管道、屋顶和石板挂钩
  • 在固体氧化物燃料电池中,功率板在大约 1,292 °F (700 °C) 的温度下运行(高铬铁素体,包括 22% Cr)

马氏体不锈钢

马氏体不锈钢具有多种特性。它们用作不锈钢工具钢、抗蠕变钢和不锈钢工程钢。马氏体不锈钢具有磁性,不像奥氏体和铁素体不锈钢那样耐腐蚀,因为它们的铬含量低。它们分为四种类型(有一些重叠)

  1. Fe-Cr-C 牌号。在耐磨和工程应用中使用并继续广泛使用的第一个等级。
  2. Fe-Cr-Ni-C 牌号。镍是某些碳的替代品。它们保持更高的耐腐蚀性和更高的韧性。EN 1.4303 型(CA6NM 是其铸造等级)含有 4% 的镍和 13% 的铬,由于其良好的铸造特性、抗气蚀性和良好的可焊性,被用于水力发电厂中的大多数 Kaplan、Francis 和 Pelton 涡轮机。
  3. 沉淀硬化类型。EN 1.4542 型(也被认为是 17/4PH)是最受认可的牌号,融合了沉淀硬化和马氏体硬化。它具有良好的韧性和高强度,他们将其用于航空航天和其他应用。
  4. 抗蠕变等级。钒、钴、硼和铌的微量添加可提高高达 650 °C (1,202 °F) 的抗蠕变性和强度。

沉淀硬化不锈钢

沉淀硬化不锈钢获得与奥氏体不锈钢相似的耐腐蚀性能。尽管如此,与其他等级的马氏体相比,它们可以快速硬化到更高的强度。沉淀硬化不锈钢分为三种:

  1. 马氏体 17-4 PH[49] (AISI 630 EN 1.4542) 含有约 17% Cr、4% Ni、4% Cu 和 0.3% Nb。
  2. 半奥氏体 17-7PH[49] (AISI 631 EN 1.4568) 含有约 17% 的铬、7.2% 的镍和 1.2% 的铝。
  3. 奥氏体 A286[50](ASTM 660 EN 1.4980) 包含大约 Cr 15%、Ni 25%、Ti 2.1%、Mo 1.2%、V 1.3% 和 B 0.005%。

双相不锈钢

双相不锈钢获得铁素体和奥氏体的复合微观结构,理想的比例是50:50的混合物。但是,商业合金可能具有 40:60 的比例。

与奥氏体不锈钢相比,它含有钼(高达 5%)、更高的铬(19-32%)和更少的镍含量。

双面不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的两倍。

与 304 和 316 奥氏体不锈钢相比,其混合微观结构提供了更好的耐氯化物应力腐蚀开裂性。

双相钢的等级通常根据其耐腐蚀性分为三个子组:超级双相钢、标准双相钢和精益双相钢。

双相不锈钢的特性与高性能超级奥氏体不锈钢相比,其合金含量总体上更低,这使得它们在许多应用中都具有成本效益。

造纸和纸浆行业是最早广泛使用双相不锈钢的行业之一。

今天,天然气和石油行业是主要用户,并推动了更高的耐腐蚀性能,导致超级双相和超级双相等级的改进。

最近,已经开发出更便宜(且耐腐蚀性稍差)的双相钢,主要用于建筑和建筑(混凝土钢筋、沿海工程、桥板)和水工业中的结构应用。

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不锈钢牌号

不锈钢有许多不同的系列和牌号,如100、200、300、400、500、600和900系列。本文将详细讨论它们。

100 型系列

102 型——用于一般用途的奥氏体不锈钢。

200系列

200 型镍是强度最高的金属之一,仅由 99.9% 的镍组成。Nickel 200 的特性包括完美的特性、低蒸气压、低气体含量、磁性成分、高导电性和导热性。这些特性及其化学配方使镍 200 具有高度的耐腐蚀性和可加工性。

镍 200 在低于 600º F 的任何气氛中都有帮助。它对碱性和中性盐溶液具有高度的耐腐蚀性。镍 200 在蒸馏水和温水中具有低腐蚀率。

金属可以通过所有技术冷成型,也可以热成型为任何形式。

200系列不锈钢的常见应用:

  • 盐生产
  • 食品加工设备
  • 碱处理设备
  • 近海和海洋工程
  • 生产氟并与碳氢化合物反应的容器和反应器

氢氧化钠的处理和制造,特别是在超过 300° F 的温度下

300系列

300 级不锈钢被归类为奥氏体,冷加工技术只能使其硬化。这些不锈钢类型含有铬(约 18% 至 30%)和镍(约 6% 至 20%)作为合金化中的重要添加剂。

304是各种不锈钢中最常用的合金。300 系列不锈钢合金耐腐蚀,在高温下仍能保持强度,并且易于维护。

301级

高度灵活的配方产品。它在机械加工过程中也会快速硬化——比 304 更好的耐磨性、良好的焊接性和疲劳强度。

302级

耐磨性与 304 相同,但由于添加了碳,因此强度略高。

303级

添加磷和硫的 304 机器人版本。根据 ISO 3506 也称为“A1”。

304级

最知名的等级;经典不锈钢 18/8(8% 镍,18% 铬)。根据 ISO 3506(不得与 A2 工具钢混淆),它在美国以外被称为“A2 不锈钢”。这种材料的日本等效等级是 SUS304。

304L级

与 304 级相同,但降低了碳含量以提高可焊性。A Little 比 304 弱。

304LN级

与 304L 类似,但还添加了氮以获得比 304L 更高的拉伸强度和屈服强度。

305级

类似于 304,但含有额外的镍以减少加工硬化。

308级

通常在焊接 304 时用作填充金属。

309级

比 304 更好的耐温性,在某些情况下,在焊接各种等级的钢时用作填充金属,与 Inconel 一起使用。

310、310S级

它是一种用于高温的不锈钢高合金奥氏体钢。除了在高温下具有高强度外,高含量的铬和镍使钢具有出色的抗氧化性。这种类型非常具有延展性并且具有出色的可焊性,使其能够广泛用于许多应用。

316级

第二个最常见的类(304之后);用于外科和食品不锈钢用途;添加钼合金可防止特定的腐蚀形式。它也被公认为海洋级不锈钢,因为与 304 级相比,它具有更高的耐氯化物腐蚀性。316 通常用于建造核后处理厂。

316L级

缺碳型 316,通常用于不锈钢船舶应用和手表,以及专门用于制造沸水反应堆的反应堆压力容器,因为它具有高耐腐蚀性。根据 ISO 3506,也称为“A4”。

316Ti级

316 级的变体,包含钛以耐热。它用于弹性烟囱衬里。

321级

与 304 类似,但由于添加了钛,因此比焊缝腐烂危险性小。参见 347,添加铌以在焊接时脱敏。

400系列

400 系列不锈钢含有 11% 的铬和 1% 的锰,高于 300 系列。400 系列在某些条件下会生锈和腐蚀。热处理会使 400 链条变硬。400系列不锈钢的碳含量高,使其具有马氏体晶体结构。这提供了高强度和高耐腐蚀性。马氏体不锈钢不像奥氏体不锈钢那样耐腐蚀。

405级

来自焊接应用的铁

408级

耐热;耐腐蚀性弱;8% 镍,11% 铬。

409级

最便宜的类型;用于汽车尾气。来自铁(仅铬/铁)。

410级

马氏体(高强度铬/铁)。耐磨,但耐腐蚀性较低。

416级

由于额外的硫,易于制造

420级

银器型马氏体;类似于 Brearley 的原始不锈钢。优秀的抛光能力。

430级

装饰,例如用于汽车装饰;铁素体。良好的成型性,但耐腐蚀性和耐温性低。

439级

铁级,更高类型的版本 409,用于催化变压器排气区域。增加铬以提高高温抗氧化性/抗腐蚀性。

440级

440 级是更高等级的刀具钢,含有额外的碳,在适当热处理时可提供更好的边缘保持性。它几乎可以硬化到 Rockwell 的 58,将其设计为最硬化的不锈钢之一。由于其韧性和相对较低的价格,大多数仅展示和复制的刀或剑由 440 不锈钢制成。有四种类型可供选择:

  1. 440A 级 – 含碳量较低,因此最耐污。
  2. 440B 级——比 440A 多一点碳。
  3. 440C 级 – 比 440 型变体含有最大量的碳。比 440A 变体更强大和最受欢迎的刀具制造类型,不包括潜水或其他海水应用。这种替代方案也比其他 440 选项更容易获得。
  4. 440F 型——变量自动运行。它的碳含量与 440C 类型相同。
446级

用于高温服务

500系列-耐热铬合金

500系列由耐热铬合金制成,不是很常用,也不是很大。

600 系列 – 最初为专有合金创建(不再提供 SAE 等级编号)

600 系列不锈钢合金通常用于需要耐高温和耐腐蚀的应用,该系列合金具有优异的机械特性,可提供良好的可加工性和高强度的理想组合。

600 的另一个优点是其较高的镍含量在退火情况下提供较少的腐蚀应力开裂。

  • 601 至 604:低合金马氏体钢。
  • 610 至 613:马氏体硬化二级钢。
  • 614 至 619:铬马氏体钢。
  • 630 至 635:硬化半奥氏体和马氏体沉淀的不锈钢。
  • 650 至 653:热/冷加工强化奥氏体钢。

660 至 665:奥氏体高温合金;除合金 661 外的所有类型均通过第二阶段沉淀硬化。

900 系列 – 奥氏体铬钼合金

904 型 – 与 316 相似,但钼和铬含量有所提高,以提高耐腐蚀性


第三章 不锈钢的特性

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不锈钢机械性能

所需的机械特性通常在不锈钢的采购标准中给出。与产品和材料形式相关的不同规格也提供了最少的自动功能。

满足这些模型机械特性表明该物质已按照适当的质量体系适当制造。然后,工程师可以放心地利用满足安全工作压力和负载的设施的重要性。

为平轧产品定义的机械特性通常是屈服应力(或屈服强度)、拉伸强度、布氏和伸长率或洛氏硬度。管材、棒材、管道和配件的特性需求通常说明屈服应力和抗拉强度。

不锈钢的屈服强度

与低碳钢不同,退火奥氏体不锈钢的屈服强度是抗拉强度的不足比例。低碳钢屈服强度通常是抗拉强度的 65-70%。在奥氏体不锈钢系列中,这个数字往往只有 40-45%。

冷加工迅速并显着提高了屈服强度。某些形式的不锈钢,如弹簧回火线,可以通过冷处理将屈服强度提高到抗拉强度的 80-95%。

不锈钢的延展性

高加工硬化率和高延展性\伸长率的复合使不锈钢非常容易制造。有了这种特性的复合,不锈钢在深冲等工艺中会发生严重变形。

延展性通常计算为拉伸试验期间断裂前的拉伸百分比。退火奥氏体不锈钢具有极高的延伸率。通常的数字是 60-70%。

不锈钢的硬度

硬度是物质表面的抗渗透性。硬度测试仪评估硬压头可以压入材料表面的深度。使用布氏、维氏和维氏机。每一个都有不同形状的压头和施加熟悉的力的技术。因此,不同尺度之间的转换只是近似的。

沉淀和马氏体硬化类型可以通过热处理来硬化。其他类型可以通过冷加工硬化。

不锈钢的抗拉强度

一般来说,拉伸强度是定义线材、棒材和产品所需的唯一机械特性。对于完全不同的应用,可以在不同的拉伸强度下使用类似的物质类型。线材和棒材产品所提供的抗拉强度与制造后的最后使用直接相关。

弹簧线在制造后设法具有最高的抗拉强度。严酷的强度是通过冷加工成卷起的弹簧来提供的。如果没有这种强大的强度,金属丝就不能像弹簧一样正常工作。

在编织或成型过程中不要求使用这些严重的拉伸强度。用作紧固件原材料的棒材或线材,例如螺钉和螺栓,应该足够光滑,可以形成螺纹或头部,但仍然足够坚固,以便在使用中充分发挥作用。

不同系列的不锈钢具有不同的屈服强度和抗拉强度。退火材料的这些常规强度在表中定义。

高温强度

不锈钢在高温下的性能比其他碳钢要好一些。由于其在高温(500°C 以上)下的高强度保持元素,它表现出更强的耐火性。在超过 300°C 时,它具有比碳钢更高的刚度保持元件。

耐低温

一些不锈钢类型非常擅长处理更广泛的温度范围。奥氏体钢提高了抗拉强度,并在低于零的温度下表现出非凡的韧性。这扩展了它们的使用范围,为现代应用程序开辟了新的途径。

另一方面,低温比沉淀、马氏体和铁素体硬化水平更好,因为它们的韧性随温度下降而下降。

更高的加工硬化率

该特性是指金属在冷加工过程中提高强度的能力。不锈钢可以进行冷加工和退火,以将其强度调整到所需的水平。

这意味着通过改变其强度,可以在许多不同的应用中使用相同的类型。例如,通过冷加工和退火,可以将相同级别用作可弯曲或弹簧线。

导电性和磁性

不锈钢像所有金属一样导电。但是,这种导电性与所有钢的情况一样低得多。

在卫生标准较高的企业,或者电气设备可能会受到潮湿或腐蚀性环境的影响,不锈钢外壳被用于保护。

奥氏体不锈钢是无磁性的;因此,冷加工可以产生某些类型的磁特性。所有其他类型的当前磁性。

不锈钢化学性质

这种材料的独特之处在于化学特性,这里是不锈钢的化学特性。

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高抗氧化性

不锈钢的这一显着特点是其在工业中的许多独特应用的原因。严重的抗氧化性是因为不锈钢中的铬。在某些类型中,铬的比例可以提高到 26%。

其他金属可能会用防腐和涂层涂料进行保护,但一旦腐蚀消失,腐蚀就会开始。对于不锈钢,由于表面损伤而去除氧化铬的自然覆盖层后,会在可见表面上形成一层新涂层,以防止腐蚀变质。

生物惰性

不锈钢不具有生物活性,使其成为外伤螺钉、钢板和手术器械等医疗工具的最佳选择。这一特性也使其成为厨房用具和餐具产品的完美金属。

耐酸、碱和有机材料

不锈钢可耐受大量配方。它耐有机化合物、酸和碱。不同类型的耐酸能力不同。某些类型可以抵抗高度集中的酸,而其他类型可能只能抵抗最低浓度的酸。

在有机化合物和碱性化合物中发现了类似的非反应性。这使得不锈钢成为处理、储存和其他化学过程的理想材料。

不锈钢还可以轻松抵抗盐分、水分、硫磺、氯化物和二氧化碳。与大多数其他金属相比,这有助于它在许多恶劣的环境中存活更长时间。

其他特性(除物理和化学特性外)

基本特征不仅限于化学和机械。下面列出了其他一些在许多应用中实用的方法。

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可回收性

如前所述,可以回收不锈钢用于制造新产品。这通过减少废物形成以及对原材料的需求减少来减轻我们钢铁需求对大气的压力。

其不可生物降解的特性也阻止了它污染资源。它不会渗入和分解成水或土壤水库。

易于使用

不锈钢具有高度的可加工性和可加工性,允许设计师生产复杂的产品和形状。不锈钢折弯、CNC加工服务、激光切割等都可以在没有任何特殊设备的情况下进行。

可清洁性

使用清洁液、清洁剂或肥皂等无毒家居用品可以轻松清洁不锈钢产品。这有助于使它们在较长时间内保持新的状态,从而延长使用寿命。

这最终会减少浪费,并使最初相当昂贵的购买从长远来看是值得的。

美学的感染力

不锈钢产品的高光泽使其成为可见表面的完美选择。它具有从亮色到哑光的多种饰面。它可以被雕刻、拉丝、着色和压花以达到效果。


第四章 不锈钢:组成元素和作用

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成分:不锈钢中的主要元素及其作用

不锈钢由符合特定牌号和成分的不同合金成分组成。以下部分概述了合金化的产生及其存在的原因,以及一个总结每种合金化元素的表格。

铁和碳结合在一起形成钢。这个过程提高了铁的硬度和强度。热处理不足以硬化和强化纯铁。尽管如此,添加碳时仍可实现广泛的硬度和强度。

高碳物质在奥氏体和铁素体不锈钢中是不可取的,特别是用于焊接目的,因为存在碳化物沉淀的风险。

在钢中添加锰可增强热加工特性并提高淬透性、韧性和强度。

与镍相同,锰是奥氏体形成成分,在奥氏体不锈钢 AISI200 系列中常用作为镍的替代品,例如 AISI 202 作为 AISI 304 的替代品。

铬与钢结合以增强其抗氧化性。当包含更多的铬时,电阻进一步增强。

不锈钢含有不少于 10.5% 的铬(通常为 11% 或 12%),与铬含量适中较低的钢相比,它具有很高的耐腐蚀性能。

耐腐蚀性是在不锈钢表面形成一层自我修复的、钝化的氧化铬层。

大量的镍(几乎超过 8%)包含在高铬不锈钢中,以构成足够数量的耐热和耐腐蚀钢。

这些包含以 18-8 (304/1.4301) 为特征的奥氏体不锈钢。镍产生奥氏体的倾向导致优异的韧性和高强度或高低温冲击强度。镍还显着增强了抗氧化和抗腐蚀能力。

当与镍铬奥氏体钢混合时,钼可提高耐点蚀和耐缝隙腐蚀的能力,尤其是在含氯化物和硫的环境中。

与镍相同,氮是奥氏体形成成分,提高不锈钢的奥氏体常数。当氮与不锈钢混合时,屈服强度显着提高,并增加了抗点蚀的能力。

铜通常作为不锈钢中的残留成分存在。这种成分被添加到不同的合金中以产生沉淀硬化特征或增强耐腐蚀性,主要是在海水和硫酸条件下。

钛通常用于稳定碳化物,尤其是在材料应焊接时。钛与碳混合形成的碳化钛有些稳定,不能顺利地在钢中熔化,这可能会减少晶间腐蚀现象。

当添加大约 0.25 / 0.60% 的钛时,它会将碳与钛合并,这与铬相反,防止了耐腐蚀铬作为晶间碳化物的束缚,从而防止了晶界处耐腐蚀性的相关损失。

在过去的几年里,由于钢铁制造商提供含碳物质不足的不锈钢的能力,钛的数量有所减少。这种钢可以很容易地焊接而无需稳定。

磷通常与硫一起添加以提高可加工性。虽然奥氏体不锈钢中的磷会提高强度,但会损害耐腐蚀性。它扩大了材料在焊接过程中断裂的倾向。

少量添加硫可以提高机械加工性,但就像磷一样,它对后续的可焊性和耐腐蚀性有不利影响。

硒以前被用作增加可加工性的添加剂。

铌/哥伦比亚

碳稳定是通过向钢中添加铌来实现的,其作用与钛相同。此外,铌可强化钢和合金以提高温度服务。

硅通常用作钢熔化过程中的脱氧(杀死)元素。大多数钢中都使用了少量的硅。

当暴露于强核反应堆的辐射时,钴会变成高放射性。因此,所有指定用于核服务的不锈钢都有特定的钴含量限制,通常最多为 0.2%。

这个问题很重要,因为用于制造奥氏体不锈钢的镍中会出现一些剩余的钴量。

添加少量钙以提高可加工性,而不会对硫、硒和磷引起的其他特性产生不利影响。

汇总表

下表解释了合金成分对不锈钢特性的影响。

关键:√ = 有益;X = 有害


第五章 不锈钢:特点和优势

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不锈钢特性

不锈钢具有许多理想的特性,这些特性极大地有助于其在许多工业领域的零部件制造中的广泛应用。最重要的是,因为它含有铬,所以耐腐蚀。10.5% 的最低含量使钢的耐腐蚀性能大约是不含铬的钢的 200 倍。客户的其他理想特性是其高耐用性和强度、耐低温和耐高温、易于制造和增强的可成型性、持久耐用、低维护、美观、可回收和环保。不锈钢一旦投入使用,就不需要进行涂层、处理或涂漆;有不锈钢的特点。

  • 耐腐蚀
  • 高抗拉强度
  • 非常耐用
  • 耐高温
  • 易于成型和制造
  • 低维护(持久)
  • 漂亮的外观
  • 环保(可回收)

使用不锈钢的 12 大好处

在许多应用中使用不锈钢有很多好处;有些与耐腐蚀性有关。其他与强度、易于制造等有关。以下是使用不锈钢的好处。

优异的抗氧化性

让我们从不锈钢最明显的优点开始:它耐腐蚀\防锈。铬是为不锈钢提供耐腐蚀特性的合金元素。

低合金类型在纯净水和大气水环境中抗腐蚀;可以避免在大多数酸中腐蚀的高合金类型是不锈钢、含氯环境和碱性溶液,使其特性适用于加工厂。

无论您打算在室外还是室内使用,不锈钢的耐腐蚀特性肯定会被证明是有用的。湿气以湿气的形式在我们周围无处不在;这种湿度会导致不同种类的金属生锈和失去光泽,但不锈钢不会。

防火耐热

特殊的高镍和铬合金类型可避免结垢并在高温下保持高耐久性。不锈钢广泛用于热锅炉、主流管线、交换器、给水加热器、阀门、过热器以及航空航天和飞机应用。

卫生

不锈钢:权威指南

不锈钢的另一个优点是它的清洗柔软性。有许多清洁项目,特别是不锈钢,使清洁变得容易。由于其天然的耐腐蚀性,您不必担心留下的湿度的有害影响。只需获取您最喜欢的产品并擦拭表面以清洁并恢复其光泽。

不锈钢结果的轻松清洁能力使其成为严格卫生条件下的首选,例如厨房、医院和食品加工厂。

美观

不锈钢的光亮表面提供了一个有吸引力和现代的外观。

力量对体重的好处

奥氏体类型的加工硬化特性导致仅通过冷加工就可以大大强化物质,并且双相钢的强度很高,与传统类型相比,可以减少材料厚度,从而节省大量成本。

易于制造

新的炼钢方法意味着不锈钢可以像传统钢材一样快速弯曲、切割、焊接、加工、成型、制造和组装。

抗冲击性

300 系列的奥氏体微图案在低于冰点的温度下提供高强度,使这些钢特别适合低温应用。

长期价值

在考虑总成本时,最好评估生产和材料成本以及生命周期费用。当考虑整个生命周期的费用时,不锈钢通常是最便宜的材料选择——具有较长预期寿命的免防腐产品的成本节约优势。

100% 可回收

超过 50% 的新鲜不锈钢来自旧的重新设计的不锈钢垃圾,因此完成了整个生命周期。

多种饰面

不锈钢有不同的饰面,为您的项目提供更广泛的适应性。一旦钢材成型为所需的形状、厚度和尺寸,就可以实施铣削精加工,使其更具视觉吸引力。一些不同的磨光处理包括 No. 0、No. 1、No.2D、No. 2B、No. 2BA、No. 3、No. 4、No. 5、No. 6、No. 7、No. 8 、第 9 号和第 10 号。

自愈

不,这不是打字错误。不锈钢可以自愈。这种金属内部存在的铬能够在表面形成一层小氧化铬辊。如果不锈钢受到伤害并暴露在氧气中,氧化铬层将开始修复它。这当然并不意味着重大损害会奇迹般地消失。尽管如此,由于氧化铬膜,很少的表面擦伤可能会愈合。

耐用性

不锈钢是坚固的。即使是薄不锈钢也不会在高重量下翘曲,使其成为市场上最可持续的金属。它可以抵抗重量、寒冷和炎热的温度以及极端天气。


第六章 不锈钢是怎样炼成的?

不锈钢:权威指南

不锈钢等级的正确工艺将在下一阶段有所不同。钢材的成型、加工和加工方式在决定其形状和性能方面起着至关重要的作用。

在制造可交付的钢铁产品之前,您必须首先制造熔化的合金。

因此,大多数钢类型共享已知的引发步骤。

第 1 步:熔化

不锈钢制造始于在电弧炉 (EAF) 中熔炼废金属和添加物。使用高功率电极,电弧炉在几个小时内加热金属以形成熔融的液体混合物。

不锈钢是 100% 可回收的;许多不锈钢订单含有高达 60% 的再生钢。这不仅有助于控制成本,还可以减少对环境的影响。

确切的温度将根据正在建造的钢的类型而变化。

第 2 步:去除碳含量

碳有助于提高铁的硬度和强度。然而,过多的碳会导致问题——例如焊接时碳化物沉淀。

不锈钢水成型前,应适当校准和降低含碳量。

铸造厂控制碳含量的方法有两种。

第一种是通过氩氧脱碳 (AOD)。将氩气混合物注入钢水中减少了碳含量,同时其他基本元素的损失最少。

第二种使用的方法是真空氧合(VOD)。这样,钢水被输送到另一个大厅,在热量有效的情况下向钢中注入氧气。然后真空会清除腔室中排出的气体,这进一步降低了碳含量。

这两种方法都提供了对碳含量的精确控制,以确保不锈钢最终产品的适当混合和优良性能。

第 3 步:调整

在碳还原之后,化学和温度的最终平衡和均一发生。这确保金属满足预期的等级要求,并且钢的成分在整个批次中是一致的。

测试和评估样品。然后进行调整,直到组合满足所需的标准。

第 4 步:成型或铸造

随着钢水的形成,锻造厂现在必须创建用于冷却和运行钢的原始形式。确切的尺寸和形状取决于最终产品。

常见的形式包括:

  • 绽放
  • 大板
  • 方坯

然后用 ID 标记表单,以通过必须遵循的不同流程来跟踪批次。

从这里开始,阶段将根据预期学位和最终产品或工作而有所不同。面板变成片材、条材和板材。钢坯和布卢姆成为线材和棒材。

根据所需的等级或形状,钢材可能会多次经历这些阶段中的某些阶段,以达到所需的外观或性能。

以下阶段是最常用的。

热轧

该步骤在比钢的再结晶温度更高的温度下进行。该级别有助于调整钢材的粗略物理尺寸。过程中精确的温度控制使钢材足够光滑,可以在不改变结构的情况下工作。

该过程使用恒定的路径来缓慢地调整钢材的尺寸。在大多数情况下,这将包括加班通过多个研磨机以获得所需的厚度。

冷轧

通常在需要精度时使用,冷轧存在于钢的再结晶温度以下。多个背衬辊用于成型钢。这个过程创造了更均匀和有吸引力的表面处理。

尽管如此,它也会使钢结构变形,通常需要热处理使钢再结晶到其初始微观结构。

退火

轧制后,大多数钢都经过退火程序。这包括冷却循环和受控加热。这些循环软化钢并减轻内部应力。

确切的时间和温度将取决于影响最终产品的钢材类型、冷却和加热速率。

除锈或酸洗

由于钢是通过不同的步骤制成的,它经常堆积在表面。

这种堆积不仅没有吸引力。它还可以影响钢的耐污染性、可焊性和耐用性。清除这种水垢对于产生氧化屏障至关重要,该氧化屏障为不锈钢提供抗污性和特征腐蚀。

通过在无氧环境中控制冷却和加热或使用酸浴(被认为是酸洗),酸洗或除垢可以消除这种水垢。

根据最终产品的不同,金属可能会返回挤压或滚压以进行进一步处理。在此之后进行恒定的退火阶段,直到获得所需的性能。

切割

一旦钢材准备好并可以使用,就会根据订单的要求切割这批钢材。

最广为人知的方法是机械方法,例如用圆刀、断头台刀、冲模或高速刀片进行切割。

然而,对于复杂的形状,也可以使用等离子喷射切割或火焰切割。

最佳选择取决于所需的钢材等级和所提供产品的所需形状。

精加工

不锈钢有多种饰面,从平面到镜面。精加工是生产过程中涉及的最后步骤之一。通常的技术包括酸或喷砂、喷砂、砂带研磨、砂带抛光和砂带抛光。

在此阶段,钢材以最终形式收集并准备运送给客户。钢卷、滚轮和钢卷是为其他生产过程储存和运输大量不锈钢的标准方法。然而,最终的形状将取决于所需的钢材类型和其他特定于需求的因素。


第七章 不锈钢:常见应用

不锈钢:权威指南

不锈钢的应用

不锈钢产品以其可爱的特性几乎涵盖了各行各业,包括家具、厨房用品、电器、设备、电子产品、建筑零件、医疗零件、航空零件、汽车零件、自行车、运动器材等。让我们来看看一些。

  • 牵引弹簧
  • 快速公交巴士、汽车、货柜和飞机
  • 软管夹
  • 装瓶机械
  • 输送机
  • 静止管
  • 珠宝
  • 膨胀金属零件
  • 低温组件和容器
  • 烘干机
  • 搅拌碗
  • 造纸设备
  • 炉子零件
  • 炼油设备
  • 热交换器
  • 染色设备
  • 纺织工业
  • 喷气发动机零件
  • 换热器
  • 乳制品行业
  • 紧固件
  • 管材、管材
  • 焊接储罐,用于有机化学品
  • 排放和燃烧器控制组件
  • 燃烧室
  • 串烧
  • 炉拱支架
  • 银行金库
  • 窑衬
  • 玻璃模具
  • 排烟管道
  • 鱼钩
  • 煤溜槽
  • 刀具
  • 仪表零件

几乎每天都能看到各种各样的不锈钢制品,不锈钢无所不在。

第八章 如何选择不锈钢?

不锈钢:权威指南

如何选择不锈钢?

最常见的问题是如何知道我必须选择哪个年级。这里是

回答。答案取决于许多问题

尽管不锈钢被广泛应用于不同的行业,但由于其强度、卫生和高耐腐蚀性有 150 多个等级,因此在选择时选择合适的类型变得很复杂。

由于不锈钢是一种出色的金属,可以提供多种合金,因此选择正确的类型可以大大确保您的工作顺利完成。在选择不锈钢牌号时,您可以考虑许多因素。

所需的耐腐蚀性的数量和类型

一般选择不锈钢是因为它具有耐腐蚀的特性。但是您需要考虑所需的耐腐蚀性的类型和数量。不同的品种具有不同的耐磨性。

例如,奥氏体不锈钢由于铬含量高,可以为您提供最大的耐腐蚀性。因此,当耐磨性至关重要时,您可以选择 304 等级。304级和316级具有可比性,但由于316级含有钼作为其化学式的一部分,因此其耐腐蚀性更强。

如果您正在寻找更经济的等级,您可以选择马氏体和铁素体不锈钢。但是,由于镍较少,有时铬较少,因此其耐腐蚀性较低。

为抵抗奥氏体不锈钢的应力腐蚀开裂,可选择双面不锈钢。

考虑您的操作环境

在投资不锈钢牌号之前,您必须考虑您的工作氛围。考虑您将应用最终产品的环境。虽然在办公室或家中使用不锈钢制造门框是可以接受的,但普通不锈钢无法承受过高的温度、低 pH、缝隙腐蚀和高应力。

选择奥氏体 T3XX 系列的不锈钢,例如 316 和 304 合金

它可以在很宽的温度范围内保持其韧性、耐腐蚀性和强度特性。316 型可以抵抗化学和海洋加工应用中的氯离子。

指出您不能焊接所有等级的不锈钢类型。受应力腐蚀开裂和热开裂的不锈钢不能用于焊接。例如,马氏体不锈钢的碳含量很高,因此很难进行任何类型的更改。因此,这种类型的不锈钢焊接很糟糕。

您可以选择 304 或 304L 等等级,因为它们的碳含量低于其他不锈钢等级。一般来说,奥氏体不锈钢类型最适合成型和焊接,尽管可能存在应力开裂。

建议使用少量铁氧体以防止材料开裂。这就是双相钢具有出色的成形性和可焊性特性的确切原因。只要选择正确的牌号,如 407 和 430 级,也可以焊接铁素体不锈钢。但请记住,由于 HAZ(热影响区)的硬度,许多等级的铁素体钢的焊接性能较低。它可能会在不正确的温度范围内破裂。

重视机械质量

韧性、强度和延展性是需要重视的三个最关键的机械质量。不锈钢附有 10-30% 的铬作为合金成分。正是这种成分使其抗腐蚀。

在奥氏体钢种中,镍的存在提高了不同性能的不锈钢钢种中最高的延展性和韧性。最耐腐蚀的不锈钢是富含钼、铬和镍的不锈钢。

此外,在选择不锈钢牌号时,请确保不要将镍只关注合金含量。材料的处理方式也会影响其机械响应。

作为冷却过程的一部分,钢在不同温度下保持的时间和冷却的整体速度将影响其整体质量。热处理确实可以提高碳钢的硬度。尽管如此,奥氏体不锈钢仍通过冷加工硬化,包括在低于再结晶温度的温度下进行轧制、弯曲、拉拔或模锻。

请注意,当冷加工提高硬度时,会降低其他特性,例如抗冲击性和伸长率。

考虑磁响应

您会发现具有不同物理特性的各种不锈钢系列。不锈钢的磁性是由合金中添加的成分决定的。

初级不锈钢表现出“铁素体”结构,由于添加了铬而具有磁性。通过添加碳,您可以将其硬化,从而使其成为“马氏体”。

相比之下,最普遍的不锈钢是奥氏体不锈钢,因为它们的铬含量较高。您还会遇到镍,它会改变钢的物理结构,使其无磁性。

奥氏体度具有“相对磁导率”或较少的磁相互作用。富含镍的不锈钢等级,例如 310 或 316 等级,在任何条件下都是非磁性的。

因此,您可以在需要非磁性金属的应用中使用它。如果您正在研究具有高磁响应的不锈钢牌号,请选择马氏体和铁素体不锈钢牌号(400 系列)。它被归类为“铁磁性”并具有高磁导率。此外,在寻找磁性等级的不锈钢时,请记住像 2205 和 2101 这样的双度数。

过滤 由于有许多不锈钢牌号可供选择,您必须根据显示不同性能的应用来决定您需要哪种不锈钢类型。选择合适的不锈钢等级将帮助您顺利完成项目,同时还能节省资金。


概括

不锈钢:权威指南

不锈钢除了具有钢的常规特性外,还具有耐热和耐腐蚀性能。它提供了钢材的所有优点以及它自己的一些优点。不易腐蚀,使用寿命更长,更耐恶劣环境。

但它具有抗污性并不完全正确。首先,耐磨性取决于类型。然而,异常的环境条件,如循环不良、高盐度和低氧可能会不可逆转地染色。

这些数据仅供参考,不应被视为替代从中得出的完整规格。特别是,对机械性能的要求随产品、回火和产品尺寸的不同而有很大差异。该信息基于我们目前的知识并真诚提供。

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