不銹鋼的品種特性及用途
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不銹鋼的品種特性及用途
特 性
不銹鋼的發(fā)展是因?yàn)橛衅渥陨淼奶匦?，而特性滿足了需要。不銹鋼的最重要的特性是耐蝕性能，但是又絕不是僅僅具有耐蝕性能，而且還具有特有的力學(xué)性能（屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、低溫強(qiáng)度等）、物理性能（密度、比熱容、線膨脹系數(shù)、、導(dǎo)熱系數(shù)、電阻率、磁導(dǎo)率、彈性系數(shù)等）、工藝性能（成形性能、焊接性能、切削性能等）以及金相（相組成、組織結(jié)構(gòu)等）等。這些性能構(gòu)成了不銹鋼的特性，下面僅就其中一些最基本的特性進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。
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一、力學(xué)性能
?。ㄒ唬?qiáng)度（抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度）
不銹鋼的強(qiáng)度是由各種因素不確定，但最重要的和最基本的因素是其中添加的不同化學(xué)因素，主要是金屬元素。不同類型的不銹鋼由于其化學(xué)成分的差異，就有不同的強(qiáng)度特性。
?。?）馬氏體型不銹鋼
馬氏體型不銹鋼與普通合金鋼一樣具有通過淬火實(shí)現(xiàn)硬化的特性，因此可通過選擇牌號(hào)及熱處理?xiàng)l件來得到較大范圍的不同的力學(xué)性能。
馬氏體型不銹鋼從大的方面來區(qū)分，屬于鐵-鉻-碳系不銹鋼。進(jìn)而可分為馬氏體鉻系不銹鋼和馬氏體鉻鎳系不銹鋼。在馬氏體鉻系不銹鋼中添加鉻、碳和鉬等元素時(shí)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)和在馬氏體鉻系不銹鋼中添加鎳的強(qiáng)度特性如下所述。
馬氏體鉻系不銹鋼在淬火-回火條件下，增加鉻的含量可使鐵素體含量增加，因而會(huì)降低硬度和抗拉強(qiáng)度。低碳馬氏體鉻不銹鋼在退火條件下，當(dāng)鉻含量增加時(shí)硬度有所提高，而延伸率略有下降。在鉻含量一定的條件下，碳含量的增加使鋼在淬火后的硬度也隨之增加，而塑性降低。添加鉬的主要目的是提高鋼的強(qiáng)度、硬度及二次硬化效果。在進(jìn)行低溫淬火后，鉬的添加效果十分明顯。含量通常少于1%。
在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中，含一定量的鎳可降低鋼中的δ鐵素體含量，使鋼得到最大硬度值。
馬氏體型不銹鋼的化學(xué)成分特征是，在0.1%-1.0%C，12%-27%Cr的不同成分組合基礎(chǔ)上添加鉬、鎢、釩、和鈮等元素。由于組織結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)，因而在高溫下強(qiáng)度急劇下降。而在600℃以下，高溫強(qiáng)度在各類不銹鋼中最高，蠕變強(qiáng)度也最高。
(2)鐵素體型不銹鋼
據(jù)研究結(jié)果，當(dāng)鉻含量小于25%時(shí)鐵素體組織會(huì)抑制馬氏體組織的形成，因而隨鉻含量的增加其強(qiáng)度下降；高于25%時(shí)由于合金的固溶強(qiáng)化作用，強(qiáng)度略有提高。鉬含量的增加可使其更易獲得鐵素體組織，可促進(jìn)α
’相、б相和x相的析出，并經(jīng)固溶強(qiáng)化后其強(qiáng)度提高。但同時(shí)也提高了缺口敏感性，從而使韌性降低。鉬提高鐵素體型不銹鋼強(qiáng)度的作用大于鉻的作用。
鐵素體型不銹鋼的化學(xué)成分的特征是含11%-30%Cr，其中添加鈮和鈦。其高溫強(qiáng)度在各類不銹鋼中是最低的，但對(duì)熱疲勞的抗力最強(qiáng)。
?。?）奧氏體型不銹鋼
奧氏體型不銹鋼中增加碳的含量后，由于其固溶強(qiáng)化作用使強(qiáng)度得到提高。
奧氏體型不銹鋼的化學(xué)成分特性是以鉻、鎳為基礎(chǔ)添加鉬、鎢、鈮和鈦等元素。由于其組織為面心立方結(jié)構(gòu)，因而在高溫下有高的強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。還由于線膨脹系數(shù)大，因此比鐵素體型不銹鋼熱疲勞強(qiáng)度差。
（4）雙相不銹鋼
對(duì)鉻含量約為25%的雙相不銹鋼的力學(xué)性能研究表明，在α+r雙相區(qū)內(nèi)鎳含量增加時(shí)r相也增加。當(dāng)鋼中的鉻含量為5%時(shí)，鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到最高值；當(dāng)鎳含量為10%時(shí)，鋼的強(qiáng)度達(dá)到最大值。
溫州久鑫不銹鋼管廠 關(guān)于304不銹鋼管 316L不銹鋼管等材質(zhì)的基本性能介紹（二）蠕變強(qiáng)度
由于外力的作用隨時(shí)間的增加而發(fā)生變形的現(xiàn)象稱之為蠕變。在一定溫度下特別是在高溫下、載荷越大則發(fā)生蠕變的速度越快；在一定載荷下，溫度越高和時(shí)間越長(zhǎng)則發(fā)生蠕變的可能性越大。與此相反，溫度越低蠕變速度越慢，在低至一定溫度時(shí)蠕變就不成問題了。這個(gè)最低溫度依鋼種而異，一般來說純鐵在330℃左右，而不銹鋼則因己采取各種措施進(jìn)行了強(qiáng)化，所以該溫度是550℃以上。
和其他鋼一樣，熔煉方式、脫氧方法、凝固方法、熱處理和加工等對(duì)不銹鋼的蠕變特性有很大的影響。據(jù)介紹，在美國(guó)進(jìn)行的對(duì)18-8不銹鋼進(jìn)行蠕變強(qiáng)度試驗(yàn)表明，取自同一鋼錠同一部位的試料的蠕變斷裂時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)今偏差是平均值的約11%，而取自不同鋼錠的上、中、下不同部位的試料的標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均值相差則達(dá)到兩倍之多。又據(jù)在德國(guó)進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果表明，在10的5次冪h時(shí)間下0Cr18Ni11Nb鋼的強(qiáng)度為小于49MPa至118MPa，散差很大。
溫州久鑫不銹鋼管廠 關(guān)于304不銹鋼管 316L不銹鋼管等材質(zhì)的基本性能介紹（三）疲勞強(qiáng)度
高溫疲勞是指材料在高溫下由于周期反復(fù)變化著的應(yīng)力的作用而發(fā)生損傷至斷裂的過程。對(duì)其進(jìn)行的研究結(jié)果表明，在某一高溫下，10的8次冪次高溫疲勞強(qiáng)度是該溫度下高溫抗拉強(qiáng)度的1/2。
熱疲勞是指在進(jìn)行加熱（膨脹）和冷卻（收縮）的過程中，當(dāng)溫度發(fā)生變化和受到來自外部的約束力時(shí)，在材料的內(nèi)部相應(yīng)于其本身的膨脹和收縮變形產(chǎn)生應(yīng)力，并使材料發(fā)生損傷。當(dāng)快速地反復(fù)加熱和冷卻時(shí)其應(yīng)力就具沖擊性，所產(chǎn)生的應(yīng)力與通常情況相比更大，此時(shí)有的材料呈脆性破壞。這種現(xiàn)象被稱之為縶沖擊。熱疲勞和熱沖擊是有著相似之處的現(xiàn)象，但前者主要伴隨大的塑性應(yīng)變，而后者的破壞主要是脆性破壞。
不銹鋼的成分和熱處理?xiàng)l件對(duì)高溫疲勞強(qiáng)度有影響。特別是當(dāng)碳的含量增加時(shí)高溫疲勞強(qiáng)度明顯提高，固溶熱處理溫度也有顯著的影響。一般來說鐵素體型不銹鋼具有良好的熱疲勞性能。在奧氏體不銹鋼中，高硅的且在高溫下具有良好的延伸性的牌號(hào)有著良好的熱疲勞性能。
熱膨脹系數(shù)越小、在同一熱周期作用下應(yīng)變量越小、變形抗力越小和斷裂強(qiáng)度越高，壽命就越長(zhǎng)?？梢哉f馬氏體型不銹鋼1Cr17的疲勞壽命最長(zhǎng)，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型不銹鋼的疲勞壽命最短。另外鑄件較鍛件更易發(fā)生由于熱疲勞引起的破壞。在室溫下，10的7次冪次疲勞強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的1/2。與高溫下的疲勞強(qiáng)度相比可知，從室溫到高溫的溫度范圍內(nèi)疲勞強(qiáng)度沒有太大的差異。
溫州久鑫不銹鋼管廠 關(guān)于304不銹鋼管 316L不銹鋼管等材質(zhì)的基本性能介紹（四）沖擊韌性
材料在沖擊載荷作用下，載荷變形曲線所包括的面積稱為沖擊韌性。對(duì)于鑄造馬氏體時(shí)效不銹鋼，當(dāng)鎳含量為5%時(shí)其沖擊韌性較低。隨著鎳含量的增加，鋼的強(qiáng)度和韌性可得到改善，但鎳含量大于8%時(shí)，強(qiáng)度和韌性值又一次下降。在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中添加鉬后，可提高鋼的強(qiáng)度且可保持韌性不變。
在鐵素體型不銹鋼中增加鉬的含量雖可提高強(qiáng)度，但缺口敏感性也被提高而使韌性下降。
在奧氏體型不銹鋼中具有穩(wěn)定奧氏體組織和鉻鎳系奧氏體不銹鋼的韌性（室溫下韌性和低溫下韌性）非常優(yōu)良，因而適用于在室溫下和低溫下的各種環(huán)境中使用。對(duì)于有穩(wěn)定奧氏體組織和鉻錳系奧氏體不銹鋼。添加鎳可進(jìn)一步改善其韌性。
雙相不銹鋼的沖擊韌性隨鎳含量的增加而提高。一般來說，在a+r兩相區(qū)內(nèi)其沖擊韌性穩(wěn)定在160-200J的范圍內(nèi)。
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