不銹鋼(Stainless Steel)是一種能夠抵抗腐蝕的高合金鋼。具有美觀的表面,不必經(jīng)過鍍色或油漆等表面處理,所以很多機械廠為表明自己的是不銹鋼,往往是不作任何油漆處理的,而黑材(所謂黑材就是一般鋼鐵的稱呼)是必須進行防銹處理的。 耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼;而將耐化學腐蝕介質(zhì)(酸、堿、鹽等化學浸蝕)腐蝕的鋼種稱為耐酸鋼。實際應用中常常將耐弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼,而將耐化學介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。由于兩者在化學成分上的差異,前者不一定耐化學介質(zhì)腐蝕,而后者則一般均具有不銹性。不銹鋼的耐蝕性取決于鋼中所含的合金元素。 不銹鋼最基本的特性是它在大氣條件下的耐銹性和在各種液體介質(zhì)中有耐蝕性。這一特性與鋼中的鉻含量有直接關系,鉻的存在使鋼材表面生成一層看不見的膜,它能防止氧化,使材料“鈍化”或者說抗腐蝕。添加其它如鎳或鉬等元素能提高抗腐蝕性、強度和耐溫性。 耐蝕性隨著鉻含量的提高而增強。當鉻含量達到10.5%以上時,鋼的這一特征發(fā)生突變,從易生銹到不銹,從不耐蝕到耐腐蝕。而且含鉻量從10.5%以后隨著鉻含量的不斷提高,其耐銹性和耐蝕性也不斷得到改善。一般不銹鋼的最高鉻含量為26%,更高的鉻含量沒有必要。 不銹鋼鋼種很多,性能又各異,常見的分類方法有: 按鋼的組織結(jié)構分類,如馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼等。 按鋼中的主要化學成分或鋼中一些特征元素來分類,如鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼、鉻鎳鉬不銹鋼以及超低碳不銹鋼、高鉬不銹鋼、高純不銹鋼等。 按鋼的性能特點和用途來分類,如耐硝酸(硝酸級)不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐點蝕不銹鋼、耐應力腐蝕不銹鋼、高強度不銹鋼等。 按鋼的功能特點分類,如低溫不銹鋼,無磁不銹鋼,易切削不銹鋼,超塑性不銹鋼等。 目前最常用的分類方法是按鋼的組織結(jié)構特點和按鋼的化學成份特點以及兩者相結(jié)合的方法來分類。 不銹鋼可分為卷板、板材、型材、鋼管和零部件五大類,最重要的是卷和板。 型材就是由板做成的各種不同型狀的材料,有角鋼、扁鋼、工字鋼、槽鋼。 鋼管主要是指無縫鋼管,和無縫鋼管相對的就是焊管,區(qū)別在于是否一次成型。 零部件主要是指彎頭和法蘭和其他小東西。 卷材和板材實際上一樣的,出廠形式不一樣而已,卷材就是一卷一卷的,板材是一張一張的,如果出廠就是板材,也叫原裝板,一般是厚板,因為很厚的話,是無法成卷的,一般16毫米以上就不能成卷了。 不銹鋼板根據(jù)軋機(軋機是軋制板的機器名)軋制工藝的不同,分成熱軋和冷軋,熱軋通常標為NO.1冷軋標為2B或者BA(BA比2B的表面好、要亮,接近鏡子,最好的就是鏡面,鏡面沒有現(xiàn)貨,都需要加工),比如304很多時候是采購板,那就意味著卷必須通過機器開平成板的形式,這種機器就是開平機。 國產(chǎn)冷軋一般在3毫米以下,熱軋一般在3毫米以上,3毫米厚度的既有熱軋,也有冷軋,但是進口的冷軋板厚度可以達到4毫米以下甚至6毫米以下。熱軋3毫米到12毫米的板叫中板,12毫米以上的叫厚板,可以厚到120毫米以上,并稱熱軋中厚板,而冷軋就是冷軋薄板了。 當然也有更為簡易的分類,可以粗淺的將不銹鋼分為200系列,300系列和400系列三大類,其中300系列是最常用的,200系列和400系列一定程上是300系列的替代品,而嚴格來講400系列不叫不銹鋼,叫不銹鐵,因為里面不含鎳元素,所以用磁鐵可以吸引住。而200系列和300系列是有鎳的,所以是沒有磁性的,吸鐵吸不住。304是300系列中最常見的品種,所以一般從304的價格變化可以判斷出整個不銹鋼的價格走勢。200系列含鎳少,400系列不含鎳,300系列含鎳最多,所以受鎳價影響最大的是300系列。300系列可以簡分為304、304L、316、316L、321、309S、310S等等,區(qū)分的依據(jù)是各種金屬元素的含量不同,含量不同的不銹鋼的特性也不相同,304和304L的區(qū)別在于碳(C)含量的不同,帶L的是表示含碳低,也叫低碳,316和316L的區(qū)別也是一樣。 不銹鋼板理論重量計算: 板重=比重×厚度(mm)×寬度(m)×長度(m) 1毫米=100絲 不銹鋼規(guī)格計算: 不銹鋼管:(外徑-壁厚)×壁厚×0.02491=Kg /m 不銹鋼板:厚度*(寬度×長度)×比重==Kg/平方厘米 不銹鋼板;厚度*(寬度×長度)×比重==Kg/平方厘米 比重: 不同的不銹鋼有不同的比重: 400系列比重是7.75; 304.321.304N.201.202.304L..301.比重是7.93; 310S.309S.316.316L比重是7.98。 不銹鋼具有獨特的強度、較高的耐磨性、優(yōu)越的防腐性能及不易生銹等優(yōu)良特性。故廣泛運用于環(huán)保行業(yè),化工行業(yè),機電行業(yè),家用電器行業(yè)及家庭裝潢,精飾行業(yè)。不銹鋼的運用發(fā)展前景會越來越廣,但不銹鋼運用發(fā)展很大程度上決定于它的表面處理技術發(fā)展程度。 表面加工等級 常用不銹鋼表面處理有以下: 表面本色白化處理 表面鏡面光亮處理 表面著色處理 鐵素體不銹鋼一般情況下是穩(wěn)定的單一鐵素體組織加熱、冷卻不發(fā)生相變,故不能用熱處理方法調(diào)整力學性能,其主要目的是減小脆性和提高抗晶間腐蝕能力。 奧氏體不銹鋼中Cr、Ni等合金元素作用結(jié)果使Ms點降至室溫以下(-30到-70℃)。保證奧氏體組織穩(wěn)定,所以,加熱、冷卻時,在室溫以上不發(fā)生相變。因此,奧氏體不銹鋼熱處理主要目的不是改變機械性能,而是提高耐蝕性。 馬氏體不銹鋼相對于鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼最突出的特點就是可以通過熱處理方法,在很大范圍內(nèi)調(diào)整機械性能,以滿足不同使用條件需要。不同的熱處理方式對耐蝕性也有不同影響。 雙相不銹鋼是不銹鋼家族中年輕一員,發(fā)展較晚,但其具有的特征得到廣泛認同和重視。雙相不銹鋼的成分特點(高Cr、低Ni、加Mo、N)和組織特點,使其具有比奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼高的強度、塑性;相當于奧氏體不銹鋼的耐蝕性;在cl-介質(zhì)、海水中比任何不銹鋼都高的抗點蝕、抗縫隙腐蝕和抗應力腐蝕破壞的能力。 沉淀硬化不銹鋼相對發(fā)展較晚,是在人類實踐中經(jīng)過試驗、總結(jié)、創(chuàng)新的不銹鋼種。先期出現(xiàn)的不銹鋼中,鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼有較好的耐蝕性,但不能通過熱處理方法調(diào)整機械性能,限制了它的作用。而馬氏體不銹鋼可以運用熱處理方法,在較大范圍內(nèi)調(diào)整機械性能,但耐蝕性較差。 合金元素的種類及含量直接影響不銹鋼的耐腐蝕性,合金元素的作用首先是對鐵的極化性能和電極電位的影響。 常用的Fe、Cr、Ni、Ti等金屬的陽極極化過程具有獨特的極化形式。陽極通路后,陽極電位升高,陽極電流(腐蝕速度)隨之變化,幾乎有著相同的規(guī)律,極化曲線的典型形式如下圖所示。隨著陽極極化電位的升高,腐蝕電流不是均勻的降低,而是先增加,然后減少到最小,并保持這個電流經(jīng)一定的電位升高階段,然后電流再增加。這類極化曲線稱為具有活化、鈍化轉(zhuǎn)變的陽極極化曲線,并把這類曲線分為3個區(qū)域:活化區(qū)(A)、鈍化區(qū)(B)、過鈍化區(qū)(T)。 極化作用對提高金屬的耐腐蝕性意義很大,增強陽極極化或陰極極化的因素,都能提高金屬的耐腐蝕性;去陽極極化或去陰極極化的因素,都將降低金屬的耐腐蝕性。不同的合金元素對鐵的極化性能影響不同。擴大鈍化區(qū)的元素,即降低Ecp、P區(qū)電位和升高Er點電位的元素都提高鋼的耐蝕性;凡使鈍化性能增強,即Icp、I1點位置左移的元素,都會減小腐蝕電流,改善耐蝕性。凡使Er點電位升高的元素都有降低點腐蝕傾向,因為Er點電位低時,當電位在過鈍化電位附近波動時,容易導致鈍化膜局部擊穿,產(chǎn)生點蝕。鋼中常用的合金元素中,Cr元素能夠強烈地提高純鐵的鈍化性能,可以使Ecp、Ep、Er點電位升高,Icp、I1點位置左移,Cr是改善鐵的耐蝕性最有效的元素。合金元素Ni、Si、Mo等也能不同程度的擴大鈍化區(qū),增強鈍化性能。Mo不僅能增強鐵的鈍化性能,還能升高Er點的電位,從而提高鐵的抗點蝕性能。 一般金屬固溶體的電極電位總是比其他化合物的電極電位低,所以在腐蝕過程中,金屬固溶體總是作為陽極而被腐蝕。提高鐵的電極電位,即可提高耐蝕性。 研究表明,當Cr加入鐵中形成固溶體時,鐵固溶體的電極電位能顯著提高,如下圖所示。材料電極電位的提高,可使材料的耐蝕性得到明顯改善。 由于鉻對鐵鈍化性能和電極電位的良好作用,使鉻成為各種不銹鋼的主要合金化元素。 (1)鉻 鉻是決定不銹鋼耐蝕性的主要元素,當鉻含量(原子比)達到1/8、2/8….時,鐵的電極電位就跳躍式地增加,耐蝕性也隨之提高。鉻元素是α穩(wěn)定化元素。鉻的氧化物比較致密,可形成耐蝕的保護膜。 (2)碳和氮 碳能強烈地穩(wěn)定奧氏體,穩(wěn)定奧氏體的能力約為Ni的30倍;同時,又是不銹鋼強化的主要元素;碳與鉻能形成一系列碳化物,使不銹鋼的耐蝕性受到嚴重影響;同時碳會使不銹鋼的加工性能和焊接性能變壞,使鐵素體不銹鋼變脆,因此在不銹鋼的生產(chǎn)中和開發(fā)中,碳的應用和控制是一項重要的工作。 碳和鉻的配合對形成不銹鋼組織的影響如下圖所示。圖中表明,在含碳量較低,含鉻量較高時,會獲得鐵素體組織;當含碳量較高,含鉻量較低時,會得到馬氏體組織。在鉻不銹鋼中,當含鉻量在17%以下時,隨著含碳量的增加,可以獲得基體為馬氏體的不銹鋼。當含碳量較低,含鉻量在13%時,就可以獲得鐵素體不銹鋼。當含鉻量從13%增加到27%時,由于鉻含量增加,穩(wěn)定鐵素體的能力增加,鋼中碳含量相應的增加(從0.05%到0.2%),仍能保持鐵素體基體。 (3)鎳 鎳是不銹鋼中3個重要元素之一,鎳能夠提高不銹鋼的耐蝕性;鎳還是γ相穩(wěn)定化元素,是不銹鋼中獲得單相奧氏體和促進奧氏體形成的主要元素。鎳能有效地降低Ms點,使奧氏體能保持到很低的溫度(-50℃以下)不發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。 鎳含量的增加會降低C、N在奧氏體鋼中的溶解度,從而使碳氮化合物脫溶析出的傾向增加。隨著鎳含量的提高,產(chǎn)生晶間腐蝕的臨界含碳量降低,即鋼的晶間腐蝕敏感性增加。鎳對奧氏體不銹鋼的耐點腐蝕及縫隙腐蝕的影響并不顯著。此外,鎳還可以提高奧氏體不銹鋼的高溫抗氧化性能,這主要與鎳改善鉻的氧化膜的成分、結(jié)構和性能有關,但鎳的存在會降低鋼的抗高溫硫化性能。 (4)錳 錳是比較弱的奧氏體形成元素,但具有強烈穩(wěn)定奧氏體組織的作用。錳在奧氏體不銹鋼中部分替代Ni,2%Mn相當1%Ni。錳也能提高鉻不銹鋼在有機酸如醋酸、甲酸和乙醇酸中的耐蝕性,而且比鎳更有效。當鋼中Cr含量大于14%時,僅靠加入Mn無法獲得單一的奧氏體組織。由于不銹鋼中Cr含量大于17%時才有比較好的耐蝕性,因此工業(yè)上已應用的Mn代Ni的奧氏體不銹鋼主要是Fe-Cr-Mn-Ni-N型鋼,如12Cr18Mn9Ni5N等,而無鎳的Fe-Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼的用量較少。 (5)氮 氮元素在早期主要用于Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N奧氏體不銹鋼中,以節(jié)約Ni元素。近年來氮已經(jīng)成為Cr-Ni奧氏體不銹鋼的重要合金元素。 在奧氏體不銹鋼中加入氮,可以穩(wěn)定奧氏體組織,提高強度、耐腐蝕性能,特別是局部耐腐蝕性能,如耐晶間腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕等。在普通低碳、超低碳奧氏體不銹鋼中,可以改善抗晶間腐蝕性能,其原因是氮影響敏化處理時碳化鉻的析出過程,提高了晶界的鉻濃度。在高純奧氏體不銹鋼中,沒有碳化鉻的沉淀析出。此時氮的作用有:一是氮增加鈍化膜的穩(wěn)定性,降低平均腐蝕率;二是含氮高的鋼中雖有氮化鉻析出,但氮化鉻的沉淀速度很慢,敏化處理不會造成晶間貧鉻,對晶間腐蝕影響很小。氮對磷在晶界偏聚有抑制作用,可以提高鋼的耐晶間腐蝕作用。 目前應用的含氮奧氏體不銹鋼主要以耐腐蝕為主,同時具有較高的強度;可以分為控氮型、中氮型和高氮型3種類型。控氮型是在超低碳(C≤0.02%~0.03%)Cr-Ni奧氏體不銹鋼中加入0.05%~0.10%N,用以提高鋼的強度,同時優(yōu)化鋼的耐晶間腐蝕和耐應力腐蝕性能;中氮型含有0.10%~0.50%N,在正常大氣壓條件下冶煉和澆注;高氮型氮含量在0.40%以上,一般在增加壓力的條件下冶煉和澆注,主要在固溶態(tài)或半冷加工態(tài)下使用,既具有高強度,又有耐腐蝕性。目前氮含量達到0.8%~1.0%水平的高氮奧氏體鋼已獲得實際應用并開始工業(yè)化生產(chǎn)。 (6)鈦、鈮、鉬及稀土元素 鈦和鈮是強碳化物形成元素,可優(yōu)先于鉻同碳形成碳化物,防止晶間腐蝕,提高耐蝕性。鈦和鈮的加入必須與鋼中的碳保持一定的比例。 鉬能提高不銹鋼的鈍化能力,擴大其鈍化介質(zhì)范圍,如在熱硫酸、稀鹽酸、磷酸和有機酸中。含鉬的鈍化膜在許多介質(zhì)中具有很高的穩(wěn)定性,不易溶解。可防止Cl-對鈍化膜的破壞,所以含鉬不銹鋼具有抗點腐蝕的能力。 稀土元素如Ce、La、Y等加入到不銹鋼中,可以微量固溶在基體中,凈化晶界,變質(zhì)夾雜物,均勻組織,減少析出物的析出及在晶界的偏聚,從而改善鋼的耐腐蝕性和力學性能。 合金元素對不銹鋼基體組織的影響可分為兩大類:鐵素體形成元素,如鉻、鉑、硅、鈦、鈮等;奧氏體形成元素,如碳、氮、鎳、錳、銅等。當這兩類作用不同的元素同時加入鋼中時,不銹鋼的組織就取決于它們的綜合作用。為簡單處理,將鐵素體形成元素的作用折算成鉻的作用,稱為鉻當量[Cr],而把奧氏體形成元素折成鎳的作用,稱為鎳當量[Ni]。根據(jù)鉻當量[Cr]和鎳當量[Ni]制成圖來表示鋼的實際成分和所得到的組織狀態(tài),如下圖所示。 由圖可以看出12Cr18Ni9鋼處于A相區(qū),是奧氏體不銹鋼;Cr28不銹鋼處于鐵素體相區(qū),是鐵素體不銹鋼;30Cr13不銹鋼處于馬氏體相區(qū),是馬氏體不銹鋼。要獲得單相奧氏體組織,這兩類合金元素必須達到某種平衡,否則鋼中就會出現(xiàn)一定量的鐵素體組織,成為復相組織。 不銹鋼出現(xiàn)銹斑該怎樣處理? 1、化學方法用酸洗膏或噴霧輔助其銹蝕部位重新鈍化形成氧化鉻薄膜使其重新恢復耐腐蝕能力,酸洗之后,為了去除所有的污染物和酸殘留物,用清水進行適當?shù)臎_洗非常重要。一切處理后用拋光設備重新拋光,用拋光臘封閉即可。對局部有輕微銹斑的也可用1:1的汽油、機油混合液用干凈抹布擦去銹斑即可。
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