奥氏体马氏体铁素体不锈钢傻傻分不清?一文重新认识303,304,316,410,420,440等常用不锈钢
2024-07-31 16:08:52 作者:罗罗日记 来源:罗罗日记 分享至:

 

 

本文主要按照奥氏体,铁素体,马氏体,双相及沉淀硬化5大不锈钢类型,来分别聊聊其特性和典型的不锈钢牌号及其应用。

01
奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢是应用最广泛的不锈钢类型,它以英国冶金学家威廉·钱德勒·罗伯茨·奥斯汀爵士的名字命名。

 

常用不锈钢类型占比,其中奥氏体不锈钢占74%,铁素体不锈钢占18%,马氏体和沉淀硬化钢占5%,双相不锈钢占3%。


 

 

马氏体,铁素体,奥氏体,双相不锈钢演变过程,从下到上耐腐蚀能力提高。

 

奥氏体钢的牌号包括200系列(铬、镍、锰合金)和300系列(铬、镍合金)。200系列通常用于洗衣机桶和结构应用。300系列常用于锅碗瓢盆、半导体设备,食品设备、化学设备和建筑应用等。

 

奥氏体不锈钢系列。

 

 

奥氏体不锈钢种,及其添加不同元素改变钢的耐腐蚀性,焊接性,加工性等演变过程。

 

奥氏体不锈钢中镍含量为10-20%,铬含量约为20-25%,碳含量通常低于0.25%。其中镍的作用是抑制奥氏体转变:它使得转变如此缓慢,以至于奥氏体相即使在室温及以下也是稳定的。

 

氏体,铁素体,马氏体晶体结构。

 

奥氏体不锈钢主要由奥氏体相组成,具有面心立方(FCC)晶体结构。这种结构允许原子紧密堆积,并产生相对较好的延展性。所以FCC提供了良好的成型性,使奥氏体不锈钢更容易变形和而不断裂。
奥氏体结构在典型热处理范围内的温度下保持稳定,也就是说奥氏体不锈钢在加热和冷却过程中不会发生相变,所以奥氏体不锈钢不能通过热处理硬化,通常通过冷加工以增加强度和硬度并改善表面光洁度。
奥氏体不锈钢300系列用于90%以上的不锈钢焊接应用,原因很简单,奥氏体不锈钢比马氏体、铁素体或沉淀硬化不锈钢更容易焊接。300系列奥氏体不锈钢的焊接接口即使在焊接状态下也具有高韧性。
为什么奥氏体不锈钢具有很好的焊接性?
原因有如下6条。
1.稳定的奥氏体结构:奥氏体不锈钢在焊接过程中保持其奥氏体晶体结构。与在焊接过程中可能发生相变的其他不锈钢不同,这种稳定奥氏体结构最大限度地降低了焊接引起的脆性和裂纹风险。
2.低导热率:与其他一些金属相比,奥氏体不锈钢的导热率相对较低。这一特性有助于将热量集中在焊接区域,从而更好地控制焊接过程。较慢的冷却速率与较低的热导率相关,这有助于降低开裂的敏感性。
3.高镍含量:奥氏体不锈钢中的高镍含量有助于其焊接过程中的稳定性和延展性。因为镍有助于防止脆性相的形成,并增强材料吸收热膨胀应力而不开裂的能力。
4.低碳含量:奥氏体不锈钢的低碳版本通常用于焊接应用。低碳含量可最大限度地减少晶界处碳化铬的形成,从而降低焊接过程中对晶间腐蚀的敏感性。
5.耐腐蚀性:奥氏体不锈钢以其优异的耐腐蚀性而闻名,在焊接过程中热影响区仍能保持这种耐腐蚀性。这种耐腐蚀性可确保焊接接口保留其保护性钝化层,从而防止出现与腐蚀相关的问题。
6.延展性和韧性:奥氏体不锈钢具有高延展性和韧性,允许在焊接过程中变形和吸收应力,这种延展性有助于防止裂纹的产生和扩展。
由于铬含量很高(16-30%),奥氏体不锈钢在低温和高温下都具有良好的耐腐蚀性。
一般来说奥氏体不锈钢是非磁性的,冷加工后可能具有轻微的磁性,具体原因见这篇文章。
关于奥氏体不锈钢的磁性,我再补充一点,奥氏体不锈钢焊缝金属的磁特性实际上会有所不同,从无磁性(如完全奥氏体不锈钢310、320和330)到显著磁性(如312不锈钢),其中铁素体含量是造成磁性的相。
最常见的奥氏体不锈钢,如308(L)、309(L)、316(L)和347,由于存在一些铁素体而具有轻微的磁性。尽管完全退火的奥氏体不锈钢是无磁性的,但对较低合金钢种,例如304进行冷加工可能会产生一定程度的磁性。

1. 304不锈钢
304不锈钢是应用最广泛的奥氏体钢。有时也称为18/8不锈钢,因为它含有18%的铬和8%的镍。304牌号在较宽的温度范围内具有优异的耐化学性、抗氧化性和耐腐蚀性。然而,当暴露于氯化物时,它容易受到点蚀和应力腐蚀开裂。

 

常用不锈钢加工、耐腐蚀、热处理、磁性等特性一览。

 

除了优异的耐腐蚀性之外,304不锈钢还具有高延展性。因此,它们可以很容易地成型并加工成各种产品。304不锈钢的成形性高于316牌号。但是,它们需要在冷加工后进行退火,以最大限度地减少加工硬化。
304易于成型和焊接,并且易于滚压成型为各种组件,适用于工业、建筑和运输领域。因为它可以被严重拉深,该等级不锈钢是水槽、空心器皿和平底锅等拉制不锈钢零件的首选材料。
304不锈钢还用于机械紧固件(螺母、螺栓和螺钉)、工业工厂设备(压力容器、储存容器、管道)、厨具、餐具、炊具、装饰件和建筑镶板等。
304牌号有低碳和高碳含量变体,分别为304L牌号和304H牌号。
304L不锈钢有如下3大特性:
低碳含量:304L牌号的碳含量低于标准304牌号。碳含量通常限制在最大0.03%,从而最大限度地降低敏化风险和在晶界处形成碳化铬。
提高焊接性:由于碳含量低,304L提高了焊接性。这使得它适合焊接应用,无需进行焊后退火来恢复耐腐蚀性。
减少敏化:304L中较低的碳含量降低了敏化的可能性,敏化是一种在晶界形成碳化铬的现象,导致耐腐蚀性下降。

 

晶界处形成碳化铬示意图。

 

因为有这些特性,304L通常用于需要焊接的应用,例如化学、石化和食品加工行业的焊接部件。
而与标准304牌号相比,304H的碳含量更高。碳含量通常在0.04-0.1%范围内。较高的碳含量提高了合金的蠕变强度和高温强度性能。所以,304H通常用于需要高温强度的应用,例如工业炉、热交换器和高温化学加工。

2. 303不锈钢
303不锈钢含有17-19%铬,8-10%镍,还含有最少0.15%的硫和少量的锰和磷。
相比于304,由于303不锈钢添加了硫,可形成硫化锰,从而改善断屑并减少刀具磨损,因此303有高度的切削加工性。
但硫含量会影响其焊接性,可能焊后需要退火以恢复其耐腐蚀性。
由于303不锈钢铬(17-19%)含量低于304(18-20%),因此其耐腐蚀性稍差。

3. 316不锈钢
316是仅次于304的最受欢迎且使用最广泛的不锈钢牌号。
它含有大量的钼和大量的硅、锰、碳、铬和镍。高钼浓度使得316在含盐环境中比304更能抵抗点蚀和缝隙腐蚀。
316具有良好的成型和焊接特性,焊接后通常不需要退火。

 

奥氏体不锈钢种,及其添加不同元素改变钢的耐腐蚀性,加工性,敏化性等演变过程。

 

类似于304有304L和304H两个版本,316级也有两种变体:316L和316H不锈钢。316L碳含量较低,不易析出碳化铬,因此当需要大量焊接时,首选316L。同时,316H的碳含量较高,因此它具有更高的拉伸强度和屈服强度,更适合高温应用。
316不锈钢是海洋环境和炼油行业的首选。通常用于建造化学品储罐、热交换器、反应器、熔炉和其他工艺设备。当然它还用于建筑面板和栏杆。

4. 321不锈钢
321不锈钢是一种钛稳定奥氏体不锈钢,具有良好的耐腐蚀性。通常是非磁性的,但在加热过程中可能会显示磁性。当暴露在高温下时,它具有优异的抗碳化铬析出能力。
它还具有比304不锈钢更高的蠕变和应力断裂特性。所有这些特性在高温下都能保持,所以321特别适合高温应用。
321H牌号是321牌号的改进型,它具有增强的抗蠕变性,较高的碳含量提高了其在较高温度下的强度。
321和347不锈钢用于飞机和航空航天部件、膨胀节、波纹管、熔炉部件、热交换器、加热元件管道和化学工艺设备等。

5. 301不锈钢
301不锈钢在常温下轻度腐蚀环境中,具有与304相同的耐腐蚀性能。然而由于301铬含量较低(16-18%),在极度腐蚀和高温环境下的耐腐蚀性较低。
301不锈钢具有高强度,可在退火和冷加工条件下使用。它适用于焊接,然而,焊接301零件需要退火,以溶解焊接引起的碳化铬沉淀,并防止晶间腐蚀。
301L是301的变体,具有改进的延展性和可焊性,它不需要退火即可获得最大的耐腐蚀性。另一种变体是301LN,它含有更高的氮并具有更高的加工硬化率,这两种变体都不需要退火。
301和301LN不锈钢用于飞机部件、轨道车、汽车、卡车、拖车、电器、幕墙结构等。
301L不锈钢用于压力容器、门和排水部件、器皿等。

6. 302不锈钢
302不锈钢含有约18%的铬和8%的镍。其化学成分几乎与304相同,只是碳含量稍高一些。302具有高韧性、抗拉强度、屈服强度和耐腐蚀性。

 

302 VS 304,由ChatGPT生成。

 

302不锈钢采用低速和高进给量加工,以克服其加工硬化倾向。由于粘性切屑的形成,建议在所有刀具上使用断屑槽。
302的推荐焊接方法是电阻焊和保护熔焊,必须进行焊后退火。
302不锈钢通常用于食品处理设备、炊具、厨具、压力容器和医疗工具。它们以弹簧(锥形压缩弹簧)、筛网、电缆和线材形式广泛销售。

7. 347不锈钢
347级不锈钢是一种铌稳定奥氏体不锈钢。与321牌号一样,347牌号也不易析出碳化铬,并具有优异的耐晶间腐蚀性能。它具有比304牌号更高的抗蠕变和应力断裂性能。它具有良好的耐腐蚀性,其抗氧化性略优于321牌号。

8. 309不锈钢
309不锈钢至少含有22%铬、12%镍和少量碳。它具有优异的耐腐蚀性和抗氧化性,在高温下保持高拉伸和蠕变强度,它可以承受盐分环境。
309易于轧制、成型、冲压和深拉,冷加工后需进行退火,以防止加工硬化并保持其延展性。
309不锈钢用于建造锅炉、熔炉、烤箱、热交换器、窑炉、飞机发动机和汽车排气部件等。
总体来说,300系列奥氏体不锈钢用于90%以上的不锈钢焊接应用,原因很简单,奥氏体不锈钢比马氏体、铁素体或沉淀硬化不锈钢更容易焊,300系列钢的焊接接头即使在焊接状态下也具有高韧性。它们在低温和高温下都具有良好的耐腐蚀性和优异的强度。

 

常用不锈钢机械性能。

 


9. 201不锈钢
201不锈钢含有16-18%的铬和3.5-5.5%的镍。它是304不锈钢和高镍合金的替代品。由于镍含量较低,它的防腐蚀能力低于平均水平。但它比其他不锈钢便宜,并且可以增加锰和氮的浓度来提高其屈服强度。
201不锈钢的多功能性归功于其良好的成型性和焊接性。
201常用于结构件、家居用品、门窗、汽车零部件、火车车厢和拖车等。

10. 202不锈钢
202不锈钢含有17-19%的铬、4-6%镍和7.5-10%的锰。它是广泛用于沉淀硬化的不锈钢牌号之一,具有良好的耐腐蚀性、高硬度、韧性(即使在较低温度下)和可焊性。
它与302不锈钢有相似的性能,但202的屈服强度较低。202可在退火状态下进行机加工,与201一样,202也具有成本效益。
202不锈钢可制成板材、卷材,用于制造家居用品、厨具、结构件、汽车装饰等。

 

 

 

02
铁素体不锈钢

铁素体不锈钢具有体心立方(BCC)晶体结构。其铬含量很高,范围为11%至27%,但只含有少量镍或不含镍。
铁素体不锈钢的碳含量较低(约0.03%),使其具有很高的延展性和成型性,容易加工成更薄的规格,通常用于汽车排气系统、电器、锅炉、炊具和室内建筑。然而,与奥氏体钢一样,它们不能通过热处理硬化。
铁素体不锈钢具有与低碳钢相似的性能,但是由于其含有大量的铬,可在表面形成保护性氧化层,防止腐蚀,所以具有更好的耐腐蚀性,但其耐腐蚀性不如奥氏体不锈钢,因为铁素体钢具有体心立方(BCC)结构,而奥氏体钢具有面心立方(FCC)结构,奥氏体钢的FCC结构提供更好的耐腐蚀性和耐用性。另外铁素体不锈钢的镍含量通常低于奥氏体不锈钢。镍增强奥氏体结构的稳定性,并在提供卓越的耐腐蚀性方面发挥着至关重要的作用,而铁素体不锈钢中大量缺乏镍,限制了它的耐腐蚀能力。
同时,因为铬能够形成稳定的氧化层,保护材料免受热引起的降解,所以铁素体不锈钢也具有良好的耐热性。
另外,合金元素(特种牌号铁素体钢通常包括钼、铝和钛等合金)有助于铁素体不锈钢的抗裂性,特别是在高温和腐蚀环境中。

 

铁素体不锈钢系列。

 

 

铁素体钢添加不同元素,以改变其耐腐蚀性,焊接性及加工性的演变过程。

 

铁素体钢包括400系列。
铁素体不锈钢有磁性,原因见这篇文章。
因为铁素体钢具有高导热性,因此它们是构建锅炉、热交换器和其他涉及传热应用的合适材料。
由于铁素体钢的热膨胀系数低,因此它们在很宽的温度范围内尺寸稳定。
由于铁素体还具有出色的抗应力腐蚀开裂性能,这使得它们能够承受氯化物、高湿度和高温。因此铁素体钢可用于抵抗氯化物应力腐蚀开裂、水介质中的腐蚀、高温氧化以及氯化物介质中的点蚀和缝隙腐蚀。应用包括汽车排气设备、散热器水箱、催化反应器、干肥罐和动物防护罩等。

 

常用铁素体不锈钢演变过程。

 

一些常见的铁素体不锈钢如图上图所示,AISI400系列涵盖铁素体不锈钢和马氏体不锈钢。随着Cr含量的增加超出马氏体类的11.5-18%范围,即使在高温下,主要的冶金结构也是铁素体。在某些牌号中,有足够的碳和氮,可在高温下产生一些奥氏体,从而在快速冷却时产生部分硬化,然而一般来说,铁素体不锈钢不易硬化。
由于脆化问题,铁素体不锈钢不易于焊接,主要用于非结构应用。
那么,为什么铁素体不锈钢不易于焊接?
原因有如下6点。
1.高导热率:与奥氏体不锈钢相比,铁素体不锈钢具有更高的导热率。这意味着它们可以更有效地散热,保持焊接所需的热量可能具有挑战性。
2.快速冷却速率:铁素体不锈钢在焊接过程中往往会经历快速冷却速率,特别是在较厚的部分。这种快速冷却会导致热影响区中形成脆性相,例如马氏体,从而增加开裂的风险。
3.对氢脆的敏感性:铁素体不锈钢在焊接过程中更容易受到氢脆的影响。焊接过程会将氢引入材料中,如果管理不当,可能会导致氢致裂纹的形成。
4.对热裂纹的敏感性:铁素体不锈钢容易发生热裂纹,特别是在存在硫和磷等杂质的情况下。焊接过程可能会引入这些杂质,适当的焊接技术(例如预热和控制层间温度)对于最大限度地降低热裂风险至关重要。
5.低温下的延展性有限:铁素体不锈钢在较低温度下表现出延展性降低,并且焊接过程涉及局部加热和冷却。这种温度波动会导致焊接接头脆化并降低韧性。
6.碳化铬的形成:铁素体不锈钢可能容易在晶界处形成碳化铬,特别是当碳含量较高时。这会导致热影响区的敏化和耐腐蚀性能降低。

1. 430不锈钢
最常用的铁素体钢是430,在某些应用中,该钢可以用作奥氏体钢304的替代品。

 

 

430不锈钢的碳、镍和其他合金元素的浓度非常低,这使得430不锈钢更便宜。
它具有良好的耐热性和耐腐蚀性,可处理有机酸和硝酸,当然作为铁素体不锈钢,它具有优异的耐应力腐蚀开裂性能。
430具有良好的切削加工性和成型性以及较低的加工硬化率,但其延展性较低,容易产生磨损。
430不锈钢常见于洗衣机滚筒、厨房水槽、餐具、室内面板、汽车装饰件、硝酸罐等。

2. 434不锈钢
434不锈钢是最常见的不可硬化铁素体不锈钢,其含有高钼,以提高其耐腐蚀性和耐热性,其性能接近430。
作为一种应用非常广泛的铁素体不锈钢,434能够承受高达815°C的温度。由于其优异的耐高温性能,无法通过热处理硬化,只能像低碳钢一样冷成型。
434不锈钢的主要用途是作为汽车装饰。此外还用于炉室、抽油烟机、蒸汽熨斗底座以及化学加工设备等。

3. 409不锈钢
409是通过钛和(或)铌的存在而稳定的铁素体不锈钢,它在高温下保持良好的机械性能和耐腐蚀性。
409具有良好的成型性和焊接特性,可采用电弧焊、电阻点焊、缝焊等多种方法进行焊接。然而,409焊接需要预热至150-260摄氏度,并进行焊后退火以提高延展性。
它不适合美观应用,因为它容易形成轻微的表面生锈。
409不锈钢最初是为汽车排气系统开发的,但其应用范围已扩展到催化转化器、消声器、燃油过滤器、热交换器和农业机械等领域。

03
马氏体不锈钢

马氏体不锈钢具有体心四方晶体结构。它们由11.5-18%的铬和0.1-1.2%的碳组成。马氏体400系列以德国冶金学家阿道夫·马滕斯(Adolf Martens)的名字命名,是低碳(0.1–1%)、低镍(低于2%)钢,含有铬(12%至14%)和钼(0.2–1%)。

 

 


该类不锈钢与铁素体不锈钢共享AISI400编号,有时被称为纯铬牌号。相比之下,奥氏体不锈钢本质上是铬镍合金。
410是马氏体类的主要合金,Cr含量为11.5%至13.5%。
马氏体不锈钢中的碳和铬协同作用,防止奥氏体在快速冷却过程中转变为铁素体。其结果是产生一种扭曲的BCT结构,称为马氏体(体心四方晶系—类似于BCC,但在一个方向上伸长)。
马氏体不锈钢按含碳量分为低碳马氏体钢(碳0.05-0.25%)和高碳马氏体钢(碳0.61-1.50%)两类。低碳马氏体钢具有更好的耐腐蚀性,但高碳马氏体钢强度更高,更脆。
马氏体不锈钢相对较高的强度和脆性归因于其高碳含量。
然而,马氏体不锈钢中的镍含量较低,这使得它们的耐腐蚀性较差。
通过转变为马氏体而硬化的不锈钢需要经过回火以获得所需的工程性能。在高温下,它们具有奥氏体结构,冷却至室温后转变为马氏体结构。不幸的是,这种回火会影响腐蚀敏感性。例如,当合金在450°C至600°C的温度范围内回火时,420型不锈钢的腐蚀敏感性达到最大。
马氏体不锈钢的硬度和强度可以通过时效硬化、退火、淬火和回火等热处理工艺来提高。马氏体钢经过热处理硬化,适用于需要硬度、强度和耐磨性的应用,例如用于制造刀具、紧固件、手术设备和涡轮叶片。
马氏体不锈钢具有磁性且耐冲击。然而,由于其脆性,它们难以焊接和成型。
马氏体不锈钢在海水中会受到均匀和非均匀的侵蚀。即使是弱氯化物,不均匀侵蚀的潜伏时间通常也只有几个小时或几天。

 

马氏体不锈钢体系。

 

 

马氏体不锈钢演化过程。

 

 

马氏体不锈钢演化过程。

 

总体来说,虽然马氏体不锈钢的耐腐蚀性不如200和300奥氏体不锈钢,但它具有磁性、非常坚固、高度可加工,并且可以通过热处理硬化。
马氏体不锈钢合金含量较低,成本比奥氏体不锈钢低。经过适当的热处理后,它们在许多环境下都具有足够的耐腐蚀性,并且还具有高强度和良好的疲劳性能以及出色的耐磨性、抗氧化性。
由于在中等高温下具有良好的拉伸和蠕变强度,因此它们适用于中等高温。蠕变强度是金属在低于屈服点的应力下长时间处于高温下的缓慢变形。
马氏体不锈钢的典型应用包括用于涡轮叶片(高速流体流动)的403型、用于阀座表面的410型以及用于餐具、剃须刀片和手术器械的420型和431型。

1. 410不锈钢
410不锈钢是一种可热处理的通用马氏体不锈钢,含铬11.5%。
410不锈钢经过硬化、回火和抛光等工艺,以提高耐磨性、耐腐蚀性和整体机械性能。它与水、空气、热气体、食品和大多数化学品(如弱酸、硝酸、浓硫酸、稀乙酸)兼容。然而,由于410镍含量较低,仅适用于轻度至中度腐蚀环境。
410不锈钢可以通过大多数传统的焊接方法进行焊接。为了降低开裂的风险,应在150°C至260°C之间预热。还应进行焊后退火。该牌号在回火和退火工艺后仍保持其易于机械加工的性能。
410不锈钢用于炼油设备、泵、阀门、切削工具、以及螺栓、螺钉、螺母和衬套等机器元件。

2. 420不锈钢
420不锈钢含碳量较高,为0.15%至0.45%,铬含量最低为12%。它是410牌号的更高形式。硬化和应力消除后,其强度显着增加,约1000MPa。
其耐腐蚀性低于奥氏体和铁素体不锈钢,但足以耐受弱酸、碱、淡水、正常大气条件和食品。退火状态下具有良好的延展性,但耐腐蚀性较差,因此它在完全硬化、表面研磨或抛光的条件下使用。
420易于机械加工,但其机械加工性随着硬度的增加而降低。硬度大于30HRC的420级钢难以加工。420广泛用于制造切削工具(例如、剪刀、刀片)、餐具、针、牙科器械和衬套。
420HC不锈钢的碳含量高于420,但与其他钢种相比,被认为是更软的钢,被评为中档钢。其较高的碳含量赋予420HC较高的硬度。420HC非常适合制造切削工具,因为它具有良好的刀刃保持力并且易于磨锐。刃口保持性的意义是指保持刃口锋利的能力。420HC牌号比420牌号贵,并且耐腐蚀性较差。
使用420HC制成的刀具深受猎人和渔民的欢迎,因为420HC在恶劣的天气条件下仍能保持良好的性能。420HC不锈钢很容易磨利,但不像钢刀片那样能保持边缘,因此需要经常磨利。
420J2不锈钢价格便宜,并且在家庭和工业环境等温和气氛中具有耐腐蚀性。此外,420J2还可耐稀硝酸、碳酸、氨、原油、洗涤剂溶液、醋、食用酸、多种石油产品等。
420J2不锈钢与其他钢的区别在于其在淬火和回火条件下的强度和抗冲击性。它可以车削、钻孔和弯曲。
420J2不锈钢用于制造手术器械、匕首、剑、家用剪刀和理发剪刀等。

3. 440不锈钢
440分为440A,440B,440C和440F不锈钢。
440C不锈钢是高碳钢,经热处理后具有高硬度、耐磨性和强度。440C 由于铬含量较高,通常可提供最高的耐腐蚀性。
440A和440B牌号具有与440C类似的特性, 440A到440C碳含量依次增加。
440F是440C的易切削版本,添加了硫以提高切削加工性,用于需要易于加工的应用,例如螺钉、螺栓和阀门部件。其碳含量与440C相似。
由于存在过度回火的风险,440不锈钢不应用于高温应用。440的所有子级都具有相似的性能,其中440C级具有与不锈钢级304相似的耐腐蚀性能。
440不锈钢用于阀门、阀座、球轴承和餐具等。440A和440B适用于餐具和通用应用,而440C则首选高端刀片和精密仪器。440F 用于需要增强机械加工性能的应用。

04
双相不锈钢

双相不锈钢通常含有22-25%的铬和5%的镍。例如,2304含有23%铬和4%镍,而2205含有22%铬和5%镍。
除了与铬和镍合金化外,双相不锈钢通常还添加氮(0.10-0.20%)和钼(1.0-4.0%)。氮提高屈服强度并减缓脆性金属间化合物的形成。钼提高了合金的耐点蚀性和耐缝隙腐蚀性。
双相不锈钢在其显微组织中同时具有大约相等比例的奥氏体相和铁素体相。
在锻造或铸造双相不锈钢中,这种微观结构通常是通过1038-1149°C温度范围内的热处理获得的。铸造时,这些钢通常含有约80%或更多的铁素体,并且除了少量奥氏体之外,它们通常还含有脆性金属间化合物。热处理温度足够高以溶解金属间化合物,但又足够低以使得一些铁素体转变为奥氏体。从热处理温度进行非常快速的冷却(通常是水淬)可以防止新的金属间化合物形成,并留下通常为40-60%铁素体和奥氏体的室温微观结构。

 

 


正因为其有铁素体和奥氏体结构,所以它们的强度是普通奥氏体不锈钢的两倍。其韧性、延展性和成形性高于铁素体钢,但不如奥氏体钢。
双相不锈钢具有继承自铁素体一侧的良好的抗应力腐蚀开裂性能,随着成分的不同,双相不锈钢的耐腐蚀性差异很大,随着镍、钼和氮含量的增加,耐点蚀和缝隙腐蚀的能力也增强。
总体来说,双相不锈钢有如下的特性:
抗应力腐蚀开裂,但不如铁素体钢。韧性优于铁素体钢,但低于奥氏体钢。大约是奥氏体钢强度的两倍。优异的抗点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂性能。高抗氯离子侵蚀能力,高焊接性。

 

 


所以双相钢既坚固又灵活,专有的双相不锈钢合金已成功应用于热交换器管材、油田管材和管道、海上平台、气井、铸造泵阀体以及处理海水或酸性气体或石油的配件等。
在地热服务中的使用可能证明双相钢远远优于任何奥氏体不锈钢。合金2205在化学加工行业中的需求量很大,因为它的耐氯化物点蚀和缝隙腐蚀能力至少与317L一样好,并且比304L或316L具有更好的抗应力腐蚀开裂能力。
就成本而言,双相不锈钢仍然是奥氏体不锈钢的更便宜的替代品。

05
沉淀硬化不锈钢

沉淀硬化不锈钢是Fe-Cr-Ni合金系列,含有少量的铜、铝、钛和钼等添加剂。
沉淀硬化不锈钢的优点是部件可以在退火条件下制造,然后通过482-593°C的处理进行硬化(强化),以使这些元素作为硬质金属间元素沉淀,析出相阻碍位错的运动、晶格结构中的缺陷,并赋予不锈钢优异的强度和硬度。
沉淀硬化不锈钢强度水平高达1792Mpa(超过马氏体不锈钢的强度),耐腐蚀性能与奥氏体不锈钢相当。
沉淀硬化不锈钢分为三类:马氏体、奥氏体和半奥氏体沉淀硬化不锈钢。奥氏体沉淀硬化钢在所有温度下都能保持其晶体结构。半奥氏体沉淀硬化钢在固溶处理和淬火后仍保持奥氏体,深冷处理或冷加工后奥氏体组织转变为马氏体组织。

 

 

 

沉淀硬化不锈钢用于航空航天和船舶部件、油箱、起落架盖、泵部件、轴系、螺栓、锯、刀具和柔性波纹管接头等。

 


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