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1、不锈钢基础知识2011年1月6日不不 锈锈 钢钢 基基 础础 知知 识识1.不锈钢的定义及历史2.不锈钢中几种常见元素及作用3.不锈钢的分类及特点4.不锈钢的耐腐蚀性能5.不锈钢的焊接性能特点6.不锈钢的物理性能冷冷轧轧技技术术科科不锈钢基础知识2011年1月6日1.不锈钢的定义及历史不锈钢的定义及历史1. 1. 不锈钢的基本定义不锈钢的基本定义 不锈钢是指能耐空气、水、酸、碱、盐及其溶液和其他腐蚀介质腐蚀的具有高度化学稳定性的合金钢的总称，对其含义有以下三种理解：(1) 原义型 仅指在无污染的大气环境中能够不生锈的钢。(2) 习惯型 指原义型与能耐酸腐蚀的耐酸不锈钢的统称。(3) 广义型 泛

2、指耐蚀钢和耐热钢，统称为不锈钢不锈钢基础知识2011年1月6日1.不锈钢的定义及历史不锈钢的定义及历史世界不锈钢业的发展历史大体分为三个阶段世界不锈钢业的发展历史大体分为三个阶段: :u第一阶段，从第一阶段，从20世纪初到世纪初到50年代初年代初 以英、美、德等国，逐步开展了对不锈钢的理论研究、产品研制和小规模生产。 到1950年，全世界不锈钢总产量仅达到100万吨。这一时期，不锈钢的应用主要 在一些特殊要求抗腐蚀、耐高温的领域u第二阶段，从第二阶段，从20世纪世纪50年代到年代到80年代中期年代中期 以炉外精炼为代表的不锈钢冶炼技术、连铸技术和多辊冷轧机技术相继开发成功 ，促进了世界不锈钢的

3、规模发展。到1990年，全世界不锈钢产量已达到1200多 万吨。这一时期，不锈钢的应用逐步民用化，开始进入寻常百姓家庭u第三阶段，从第三阶段，从20世纪世纪80年代中期至今年代中期至今 不锈钢的消费快速发展，特别是中国和其它亚太地区的国家的经济的快速发展， 以及不锈钢大量进入民用领域，带动了世界不锈钢产量的快速增长不锈钢基础知识2011年1月6日2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用1.铬在不锈钢中的决定作用铬在不锈钢中的决定作用 决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的

4、原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。不锈钢基础知识2011年1月6日2. 碳在不锈钢中的两重性碳在不锈钢中的两重性 碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成系列复杂的碳化物。所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。2

5、.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢基础知识2011年1月6日 镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24；而只有含镍27时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以镍不能单独构成不锈钢。但是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。 基于上面的情况可知，镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组织发生变化，从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。3. 镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的 2.不锈钢

6、中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢基础知识2011年1月6日2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用4.锰对于奥氏体的作用与镍相似锰对于奥氏体的作用与镍相似 说得确切一些，锰的作用不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，如钢中的 含锰量从0到10%变化，也不使钢在空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变。这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大，形成的氧化膜的防护作用也很低，所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢，但它们不能作为不锈

7、钢使用。不锈钢基础知识2011年1月6日5.氮在钢中的作用也是稳定奥氏体氮在钢中的作用也是稳定奥氏体 氮是奥氏体形成元素，作用是镍的30倍左右，但是氮是气体组成，不能直接融入钢中，锰虽然对奥氏体形成作用小，但是它还有个作用，就是能融入一定的氮。200系不锈钢中就是添加了锰来代替镍，形成奥氏体结构，镍的含量越低需要越多的锰和氮来代替。2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢基础知识2011年1月6日2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用6.其它元素在不锈钢中的作用其它元素在不锈钢中的作用不：锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀钼：和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀

8、性能硅：是形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素钴：提高硬度，制造刀具，但价格高，应用少硼：当含有0.5%的时，形成奥氏体硼化物两相组织，使焊缝的熔点降低磷：不锈钢中是杂质元素，但在奥氏体不锈钢中的危害不像在一般钢中那样显著硫和硒：在一般不锈钢中是常有杂质元素稀土元素：稀土元素应用于不锈钢，目前主要在于改善工艺性能方面不锈钢基础知识2011年1月6日Cr当量：当量：Creq=W(Cr)+W(Mo)+1.5(Si)+0.5W(Nb)+3(Al)+5W(V)Ni当量：当量：Nieq=W(Ni)+30W(C)+0.87(Mn)+KW(N)-0.045+0.33(Cu)Cr当量：当量：是将每一

9、种铁素体化元素按其铁素体化的强烈程度折合成相当的Cr元素的含量，并叠加后的总和。铁素体形成元素有：铁素体形成元素有：Cr、Mo、Si、Nb、Al、V(钒)等Ni当量当量：是将每一种奥氏体化元素按其奥氏体化的强烈程度折合成相当的Ni元素的含量，并叠加后的总和。奥氏体形成元素有：奥氏体形成元素有：Ni、C、Mn、N、Cu等所以：Cr当量与Ni当量关系式分别为2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢基础知识2011年1月6日2.不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢中几种常见元素及作用不锈钢基础知识2011年1月6日3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点不不锈锈钢钢Cr系Cr-Ni

10、系Martensite系410急冷硬化系，KnifeFerrite系430廉价/加工，电器产品Austenite系304耐腐蚀/加工性，广泛应用Duplex 系329J1高强度/高耐腐蚀，发电/石化沉淀硬化 系630 高强度/高耐腐蚀，航空/宇宙1.不锈钢组织分类：不锈钢组织分类：不锈钢基础知识2011年1月6日增Cr减Ni0Cr13增C1-3Cr130Cr18Ni900Cr22Ni5Mo3NCr17Ni7Cr17Ni7F型M型增Cr、NiA型减Cr、NiA-M型沉淀硬化型加Mo.Al.TiA-F 型区分区分奥氏体奥氏体铁素体铁素体双相钢双相钢沉淀系沉淀系马氏体马氏体代表钢种代表钢种30430

11、443043022052205630630410410耐蚀性加工性焊接性制造难易度普通高高高普通3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点不锈钢基础知识2011年1月6日3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点2.奥氏体不锈钢：奥氏体不锈钢：奥氏体不锈钢为面心立方结构的奥氏体组织工业牌号可分为Cr-Ni与Cr-Ni-Mn-N两大类型正常热处理条件下，钢的集体组织为奥氏体，在不恰当热处理或不同 受热状态下，在奥氏体集体中可能存在少量的碳化物及铁素体组织奥氏体不锈钢不能通过热处理的方法改变它的力学性能，只能采用冷 变形的方式进行强化可以通过加入钼、铜、硅等合金元素的方法得到适用于各种是用条件 的不同

12、钢种，如316L、304Cu等无磁性、良好的低温性能、易成形性和科焊接性是这类钢种的重要特 性不锈钢基础知识2011年1月6日奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢组织、成分奥氏体组织奥氏体组织Cr：1326%；Ni7.5%低低C 高耐腐蚀性 优良的表面光洁度 易于加工 优良的焊接性能 可以通过冷加工提高强度 无磁性 能够高温处理 含有高塑性，低屈服强度1高耐腐蚀性优良的表面光洁度易于加工优良的焊接性能可以通过冷加工提高强度无磁性能够高温处理含有高塑性，低屈服强度3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点不锈钢基础知识2011年1月6日3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点不锈钢基础知识2011年1月6日3

13、.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点奥氏体不锈钢特性用途不锈钢基础知识2011年1月6日3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点奥氏体不锈钢特性与用途不锈钢基础知识2011年1月6日3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点奥氏体不锈钢物理性能不锈钢基础知识2011年1月6日铁素体不锈钢铁素体不锈钢组织、成分奥氏体组织奥氏体组织Cr：1326%；Ni7.5%低低C 高耐腐蚀性 优良的表面光洁度 易于加工 优良的焊接性能 可以通过冷加工提高强度 无磁性 能够高温处理 含有高塑性，低屈服强度1高耐腐蚀性优良的表面光洁度易于加工优良的焊接性能可以通过冷加工提高强度无磁性能够高温处理含有高塑性，低屈服

14、强度3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点不锈钢基础知识2011年1月6日标准铁素体不锈钢标准铁素体不锈钢分类分类类别第 1 类第 2 类第3类第4类第5类区分10%-14% 14%-18% 稳定化添加Mo其它比率30% 48% 13%7%2%代表钢种409、410、420 430 430Ti、439、441434、436、444446、445/447特征Cr 含量：10%-14% Cr 含量：14%-18% 含稳定元素Ti/NbMo含量在0.5%以上Cr含量：18%-30%3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点不锈钢基础知识2011年1月6日第 1 类（409 或410L 型）。这类钢在

15、所有不锈钢中铬含量最低，因而最便宜，最适合在没有腐蚀或轻微腐蚀及允许有局部轻微生锈的环境下使用。409 型不锈钢起初专门为汽车排气系统消音器（腐蚀不严重的外部）所设计。410L 型不锈钢常用于容器、公共汽车和长途大轿车，用作液晶显示器的外框。第 2 类（430 型）。它是一类使用最广的铁素体不锈钢，含有较高的铬，具有较好的耐蚀性，其多数性能与 304 类似。在某些应用领域，可替代 304 型不锈钢，一般在室内使用具有足够的耐蚀性。典型的用途包括洗衣机滚筒、室内面板等。典型的 430 经常作为 304 替代材料，用于厨房设施、洗碗机、壶和锅等。第 3 类（包括 430Ti、439、441 等）。

16、与第 2 类相比，这类型牌号具有良好的焊接性和成形性。在多数情况下，其性能甚至优于 304。典型用途包括水槽、热交换管（制糖业、能源等）、汽车排气系统（比 409 寿命长）和洗衣机的焊接部位。第 3 类牌号甚至可替代 304 用于性能要求更高的场合。 第4 类（包括434、436、444 型等）。这类牌号通过添加钼增加耐蚀性，其典型的应用领域是热水箱、太阳能热水器、汽车排气系统、电加热壶和微波炉部件、汽车装饰条和户外面板等。444 钢的耐蚀性能与 316 相当。第5 类（包括 446、445/447 型等）。这类牌号通过添加更多的铬和含有钼来提高耐蚀性和抗氧化性。这类牌号的耐蚀性和抗氧化性优于

17、 316。典型用途沿海和其它高耐蚀环境。JIS 447 的耐蚀性与金属钛相当3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点不锈钢基础知识2011年1月6日3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点铁素体不锈钢特性及用途不锈钢基础知识2011年1月6日 3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点钢种别物理性能对比不锈钢基础知识2011年1月6日钢种钢种物理性能物理性能拉伸强度屈服强度 延伸率 409 380 170 20 410S 415 205 22 430 450 205 22 434 450 240 22 436 450 240 22 439 415 205 22 439 415 205 22 44

18、1 415 205 22 444415 275 20 304 515 205 40 316L480175403.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点铁素体不锈钢物理性能不锈钢基础知识2011年1月6日3.不锈钢的分类及特点不锈钢的分类及特点双相不锈钢双相不锈钢组织、成分双相组织双相组织Cr：1828%；Ni310%低低C 身兼奥氏体与铁素体的特点 优良的耐腐蚀性 优良的焊接性能与成型性能 具有很高的屈服强度与抗拉强度 保持有铁素体的475脆性 导热系数高不锈钢基础知识2011年1月6日4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能1.腐蚀定义：金属在周围介质（最常见的是液体和气体）的作用下，由于化学

19、变化，电化学变化或物理溶解而产生的破坏。2.合金耐蚀性判断：标准电极电位大小（表面）。3.热力学条件：过程（G）x、p0。4.动力学条件： 电极过程（3个主要步骤）、电极极化、去极化、电解质5.腐蚀不可避免，可以缓解。金属腐蚀一般介绍金属腐蚀一般介绍不锈钢基础知识2011年1月6日4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日电化学腐蚀动力学电化学腐蚀动力学1.电极极化：阳极极化：通过电流时阳极电位向正的方向移动。阴极极化：通过电流时阴极电位向负的方向移动。去极化过程：消除或减弱阳极和阴极极化作用的电极过程。2.极化原因及类型：电极过程：液相传质步骤、电子转移步骤或电

20、化学步骤、液相传质步骤或生成新相步骤。最慢步骤的速度决定整个电极反应速度，称为控制步骤。3. 电化学极化、浓差极化不锈钢耐蚀原因不锈钢耐蚀原因u塔曼定理：对固溶体而言，将电极电位较高溶质加入到电极电位较低的溶剂金属，若原子百分比达到n/8（n=1，2，），固溶体的电极电位 会急剧变化，耐蚀性将有明显变化。u不锈钢表面：致密、稳定、完整、再生、与基体结合牢固氧化膜Cr2O34.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日不不 锈锈 钢钢 典典 型型 腐腐 蚀蚀1.均匀腐蚀 2.电偶腐蚀 3.晶间腐蚀 4.点蚀 5.应力腐蚀4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础

21、知识2011年1月6日均匀腐蚀均匀腐蚀定义：材料整个表面发生腐蚀。特征：可见、对不锈钢而言危害性最小。影响因素1.材料所在环境及其变化（氧化性介质、强氧化性介质、介质的选择性）2.金属表面的电极电位。3.介质溶液的浓度、温度等。4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日电偶腐蚀电偶腐蚀定义：异种金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不相等有电偶电流 流动，使电位较低的金属溶解速度增加，造成接触处的局部腐 蚀，而电位较高的金属，溶解速度反而减小，这就是电偶腐蚀。原理：腐蚀电位较低的金属由于和腐蚀电位较高的金属接触而产生阳极 极化，其结果是溶解速度增加，而电位较高的金属，

22、由于和电位 较低的金属接触而产生阴极极化，结果是溶解速度下降，即受到 了阴极保护。影响因素： 1.材料表面条件不同（划伤、摩擦痕、焊接）。 2.一般情况下，随着阴极对阳极面积的比值（即SK/Sa）的增加， 作为阳极体的金属腐蚀速度也增加。 3.介质电导率：对于海水等电导率高的介质，电偶电流可分散到 离接触点较远的阳极表面上，阳极所受腐蚀较为“均匀”。但如果 在软水或普通大气等电导率较低的介质中，腐蚀会集中在离接 触点较近的阳极表面，相当于把阳极的有效面积减少，增加了 阳极局部表面的溶解速度。4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日控制：1.选材上，尽量避免异种金

23、属合金的相互接触；尽量选择在电偶序中位于同组或位置间隔较近的金属合金。2.切忌形成大阴极-小阳极的不利于防腐的面积比。3.设法对不同腐蚀电位的金属间接触面采取绝缘措施。4.对金属表面作处理：镀锌、钝化等等。电偶腐蚀倾向及电偶序1.电偶序：根据金属（或合金）在一定条件下测得的稳定电位的相对大小排列而成的表。一般只列出金属稳定电位的相对关系2.电偶腐蚀倾向判断： 电偶序表中，处于电位负端的金属起阳极体作用，处于电位正端的起阴极体作用。表中上下位置相隔较远的两种金属成偶对时，阳极体受腐蚀较严重，因此，从热力学上说，二者的开路电位差较大，腐蚀推动力亦大。对于电偶序而言，只给出了热力学判据。电偶腐蚀电偶

24、腐蚀4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日一些工业金属和合金在海水中的电偶序一些工业金属和合金在海水中的电偶序阴极性铂金石墨钛银Chlorimet 3(62Ni,18Cr,18Mo)Hastelloy C (62Ni,17Cr,15Mo)18-8Mo不锈钢(钝态)18-8不锈钢(钝态)1130%Cr不锈钢(钝态)Inconel(80Ni,13Cr,7Fe)(钝态)镍(钝态)银焊药Monel(70Ni,32Cu)铜镍合金(6090Cu,4011Ni)青铜铜黄铜Chlorimet2(66Ni,32Mo,1Fe)Hastelloy B (60Ni,30Mo,6Fe,

25、1Mn)Inconel(活态)镍(活态)锡铅铅-锡焊药18-8钼不锈钢(活态)18-8不锈钢(活态)高镍铸铁13%Cr不锈钢铸铁钢或铁2024铝(4.5Cu,1.5Mg,0.6Mu)镉工业纯铝(1100)锌镁和镁合金阳极性4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日晶间腐蚀晶间腐蚀概念：指沿晶界进行的，使晶界的连续性受到破坏，腐蚀始于表面，逐步深入内部，直接引起破坏。原因：1.贫铬理论（Fe、Cr）23C6化合物大阴极小阳极危害1.材料无可见减薄，但强度和延性却明显下降。2.冷弯时出现裂纹。3.严重时晶粒脱落，造成设备破坏。原因不锈钢的晶间腐蚀常常是在受到不正确的热

26、处理以后发生的，使不锈钢产生晶间腐蚀倾向的热处理叫做敏化热处理。奥氏体不锈钢的敏化热处理范围为450C850C。当奥氏体不锈钢在这个温度范围较长时间加热(如焊接)或缓慢冷却，就产生了晶间腐蚀敏感性。铁素体不锈钢的敏化温度在900C以上，而在700-800C退火可以消除晶间腐蚀倾向。4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日控制：控制：奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢1.固溶处理：11001150 保温、水冷。2.降低C含量。3. Ti、Nb加入形成碳化物。4.采用双相钢。铁素体不锈钢铁素体不锈钢1.对敏化态的铁素不锈钢，700800回火处理。2.降低C含量。晶间腐蚀晶间腐

27、蚀不锈钢基础知识2011年1月6日点腐蚀点腐蚀1.概念：概念：在不锈钢表面局部地区，出现向深处发展的腐蚀小孔，其余地区不腐蚀或腐蚀很轻微。2.危害：危害：材料在均匀腐蚀不明显的情况下腐蚀穿孔。例：地下输油、油气管道，换热器钢管。3.机理：机理：-.孔蚀核的形成，钝化膜缺陷处（划伤、晶界等）容易形成（凹陷产生，凹陷爆炸式增加，损坏了氧化膜）- “深挖”：蚀孔内电位负，蚀孔外电位正，构成电偶腐蚀电池，大阴极-小阳极，阳极电流密度很大，蚀孔加深很快。- .金属阳离子浓度增加氯离子迁入氯化物水解酸度增加蚀孔进一步加深- .腐蚀进一步进行，蚀孔口介质的pH值升高，水中可溶性盐Ca(HCO3)2转化为Ca

28、CO3沉淀或形成Fe(OH)2(3)，形成闭塞电池。孔内外物质更难交换，金属氯化物更加浓缩，酸度增加，“自催化酸化作用”。4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日点腐蚀点腐蚀影响因素1.酸度：合金含量较高的不锈钢在酸液中比中性溶液中严重。2.氧含量： 中性氯化物中，为阴极主反应： 阳极：M-eM+ 阴极：1/2O2+2e+H2O2OH- 酸性溶液中，作为阴极自催化剂，加速腐蚀： 阳极：M-eM+ 阴极：2H+2eH2 2H2+O22H2O3.氯化物含量： 304 在4%NaCl pH48坑点数最多、坑深。即：4%氯化物浓度最危险，若氯化物浓度再高则氧含量减少，故

29、点蚀较轻。4.温度：高，点蚀加速，但氧含量减少。80以上升温会减弱点蚀效应。5.流速：流速1.5m/s,点蚀敏感性大大降低.流速太大，会有磨损腐蚀。6.溶液中杂质：氧化性的阴离子对点蚀有促进作用。7.Mo是抗点蚀最有效元素，其他如：Ni、Cr、N。The PRE=%Cr+(3.3x%Mo)+(16x%N)8.合金基体中，S及Se是有害元素。9.金属表面光滑清洁不易发生点蚀。4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日点腐蚀点腐蚀控制控制1.加入Mo、N、Si等合金元素，或加入以上元素的同时提高Cr含量。 The PRE=%Cr+(3.3x%Mo)+(16x%N)2.

30、尽量减少不锈钢中的含S、含C杂质和减少硫化物夹杂。3.尽量减少介质中卤素离子的含量（主要是：氯离子、溴离子）4.对循环系统，加入缓蚀剂，主要是增加钝化膜稳定性。5.设备加工后，进行钝化处理。6.采用外加阴极电流保护。7.减少钝化膜表面的缺陷。（划伤、摩擦痕等）4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日PRE值值4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日应力腐蚀破裂（应力腐蚀破裂（SCC）定义：定义：指金属材料在固定拉应力和特定介质的共同作用下所引起的破裂。特征：特征：1.纯金属纯金属SCC敏感性小于合金。敏感性小于合金。 2.硬度高容

31、易产生硬度高容易产生SCC。 3.拉应力才能产生拉应力才能产生SCC。 4.有主裂纹，有分支裂纹，主裂纹垂直于拉应力方向。有主裂纹，有分支裂纹，主裂纹垂直于拉应力方向。 5.断裂形式：沿晶、穿晶、混合形断裂形式：沿晶、穿晶、混合形 6.温度高，温度高，SCC发生几率高。（发生几率高。（60以下几乎不发生以下几乎不发生SCC） 7.腐蚀环境有选择性：腐蚀环境有选择性：304 Cl离子溶液，离子溶液， “氯脆氯脆”，（，（NaOH、H2S 在高温高浓度下也在高温高浓度下也 能导致能导致SCC）,碳钢碳钢 “碱脆碱脆”，黄铜，黄铜“氨脆氨脆”。4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2

32、011年1月6日应力腐蚀破裂（应力腐蚀破裂（SCC）SCC历程：历程：第阶段：表面产生钝化膜。（孕育 期）第阶段：试样在应力作用下产生滑 移，使表面保护膜破裂。 （裂纹成核期、形成裂纹源）第阶段：钝化，膜破裂交互进行。 （裂纹形成期）第阶段：裂纹超出断裂的临界尺寸 断裂。（失稳、扩展）4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日应力腐蚀破裂（应力腐蚀破裂（SCC）SCC机理（目前，没有定论）机理（目前，没有定论）1.几种观点A.电化学腐蚀为主的观点 B.吸附理论 C.氢脆理论 D.断裂力学理论2.机理（电化学腐蚀为主的观点 ）（1）材料表面总会存在电化学的不均匀性（

33、钝化膜不连续、缺陷等）（2）表面缺陷是形成裂纹源的活性点，表面的划伤、小孔、缝隙就是现成的裂纹源。（3）裂纹源在特定介质（活性阴离子）和拉应力的作用下有可能产生塑性变形，表面膜拉破，新露基体电位较负，形成特小阳极，形成蚀坑裂纹。（4）裂纹尖端应力集中，材料迅速形变屈服，表面膜破裂，加速溶解，这些步骤连续交替进行，裂纹不断向深处扩展，最后导至断面破裂。4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日应力腐蚀破裂（应力腐蚀破裂（SCC）SCC的控制的控制1.降低钢中C、N、P的含量。2.加Mo、Ni、Cr有利于抗SCC。3.避免产生拉应力，需应力释放（退火等）4.采用高合金

34、铁素体不锈钢。5.采用双相钢。（F/A）6.采用外加电流的阴极保护法。7.减弱介质的浸蚀性。（降低氯离子溶液中的氧含量，氯离子溶液浓度不大时，产用离子交换树脂将水处理，同时加适量的碱式磷酸盐。）4.不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢的耐腐蚀性能不锈钢基础知识2011年1月6日5.不锈钢的焊接性能不锈钢的焊接性能铁素体钢的焊接工艺铁素体钢的焊接工艺 铁素体型不锈钢在室温下一般都具有纯铁素体组织，塑性、韧性良好。由于铁素体的线膨胀系数较奥氏体的小，其焊接热裂纹和冷裂纹的问题并不突出。 通常说，铁素体型不锈钢不如奥氏体不锈钢的好焊，主要是指焊接过程中可能导致焊接接头的塑性、韧性降低即发生脆化的问题。此外，铁素

35、体不锈钢的耐蚀性及高温下长期服役可能出现的脆化也是焊接过程中不可忽视的问题。高纯铁素体钢比普通铁素体钢的焊接性要好得多。1）焊接接头的晶间腐蚀 碳的质量分数为0.05% 0.1%的普通铁素体铬钢发生腐蚀的条件和奥氏体铬-镍钢稍有不同。从900 C以上快速冷却，铁素体铬不锈钢对晶间腐蚀很敏感，但再经过650 800C的加热缓冷后，反而消除晶间腐蚀倾向。所以，焊接接头产生晶间腐蚀的位置是紧挨焊缝的高温区。不锈钢基础知识2011年1月6日 2） 焊接接头的脆化: 1.粗晶脆化 、2. 相脆、3. 475脆 化 1 焊接方法 普通纯度铁素体钢的焊接方法通常可采用焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊、熔化极气体保

36、护焊、钨极氩弧焊和埋弧焊。无论采用何种焊接方法，都应以控制热输入为目的，以抑制焊接区的铁素体晶粒过分长大。工艺上可采取多层多道快速焊，强制冷却焊缝的方法，如通氩或冷却水等。超高纯度铁素体钢的焊接方法有氩弧焊、等离子弧焊和真空电子束焊。采用这些方法的目的主要是净化熔池表面，防止沾污。铁素体钢的焊接工艺铁素体钢的焊接工艺5.不锈钢的焊接性能不锈钢的焊接性能不锈钢基础知识2011年1月6日2焊接材料的选择 在焊接铁素体不锈钢及其与异种钢焊接时填充金属主要有三类：同质铁素体型、奥氏体型和 镍基合金。 同质焊材同质焊材 1）采用同质焊接材料时，焊缝与母材金属有相同的颜色和形貌，相同的线膨胀系数和大体相似

37、的耐蚀性，焊缝金属呈粗大的铁素体钢组织，引起粗晶脆化，室温下韧性低，易产生裂纹。2）为了改善性能，应尽量限制杂质含量，提高其纯度，同时进行合理的合金化（如添加Ti、Nb等元素)。异质焊缝：异质焊缝： 采用异质的奥氏体钢焊接材料时，焊后不可退火处理，避免产生晶间腐蚀及脆化。（因为F钢退火温度范围为787843，正好处于奥氏体钢敏化温度区间）。5.不锈钢的焊接性能不锈钢的焊接性能不锈钢基础知识2011年1月6日3焊接工艺制定低温预热 铁素体不锈钢在室温的韧性本就很低，且易形成高温脆化，在一定条件下可能产生裂纹。通过预热，使焊接接头处于富有韧性的状态下焊接，能有效地防止裂纹的产生。但是，焊接热循环又

38、会使焊接接头近缝区的晶粒急剧长大粗化，从而引起脆化。因此，预热温度的选择要慎重，一般控制在100150，随着母材金属中 铬含量的提高，预热温度可相应提高。但预热温度过高，又会使焊接接头过热而脆硬。 焊接热输入： 铁素体不锈钢的晶粒在900以上极易粗化且难以消除，因为热处理工艺无法细化铁素体晶粒。因此，焊接时应尽量采取小的热输入和较快的冷却速度；多层焊时，还应严格控制层间温度，等前一焊道冷到预热温度时再焊下道焊缝。此外，焊条最好不要摆动。5.不锈钢的焊接性能不锈钢的焊接性能不锈钢基础知识2011年1月6日奥氏体钢的焊接工艺奥氏体钢的焊接工艺 奥氏体不锈钢具有优良的焊接性，几乎所有熔焊方法和部分压

39、焊方法都可以使用。但从经济、技术性等方面考虑，常采用焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊及等离子弧焊等。 1焊接材料选择 不锈钢及耐热钢用焊接材料主要有：药皮焊条、埋弧焊丝和焊剂、TIG和MIG实芯焊丝以及药芯焊丝。其中由于药芯焊丝具有生产效率高，综合成本低，可自动化焊接等优点，发展最快，有取代药皮焊条和实芯焊丝的趋势。在工业发达国家，药芯焊丝是不锈钢焊接生产中用量最大的焊接材料。目前，除了渣量多的药芯焊丝外，也发展了渣量少的金属芯焊丝。5.不锈钢的焊接性能不锈钢的焊接性能不锈钢基础知识2011年1月6日 焊接材料的选择首先决定于具体焊接方法的选择。选择焊材注意以下几个问题。 1) 应坚持“适用性原

40、则”。通常是根据不锈钢材质、具体用途和使用服役条件（工作温度、接触介质）以及对焊缝金属的技术要求选用焊接材料，原则是使焊缝金属的成分与母材相同或相近。 2) 根据所选各焊接材料的具体成分来确定是否适用，并应通过工艺评定试验加以验收，绝不能只根据商品牌号或标准的名义成分就决定取舍。 3) 考虑具体应用的焊接方法和工艺参数可能造成的熔合比大小，即应考虑母材的稀释作用，否则将难以保证焊缝金属的合金化程度。4) 根据技术条件规定的全面焊接性要求来确定合金化程度，即是采用同质焊接材料，还是超合金化焊接材料。5.不锈钢的焊接性能不锈钢的焊接性能不锈钢基础知识2011年1月6日2焊接工艺要点 焊接不锈钢和耐

41、热钢时，也同焊接其他材料一 样，都有一定规程可以遵循。(1) 合理选择焊接方法 不锈钢药芯焊丝电弧焊是焊接不锈钢的一种理想焊接方法。与焊条电弧焊 相比，采用药芯焊丝可将断续的生产过程变为连续的生产方式，从而减少了接头数目，而且不锈钢药芯焊丝不存在发热和发红现象。与实芯焊丝电弧焊相比，药芯焊丝合金成分调整方便，对钢材适应性强，焊接速度快，焊后无需酸洗、打磨及抛光。(2) 控制焊接参数，避免接头产生过热现象 奥氏钢热导率小，热量不易散失，一般焊接所需的热输入比碳钢低20%30%。 (3) 接头设计的合理性应给以足够的重视 仅以坡口角度为例，采用奥氏体钢同质焊接材料时，坡口角度取60 （同一般结构钢

42、的相同）是可行的；但如采用Ni基合金作为焊接材料，由于熔融金属流动更为粘滞，坡口角度取60很容易发生熔合不良现象。Ni基合金的坡口角度一般均要增大到80左右。5.不锈钢的焊接性能不锈钢的焊接性能不锈钢基础知识2011年1月6日(4) 尽可能控制焊接工艺稳定以保证焊缝金属成分稳定。 因为焊缝性能对化学成分的变动有较大的敏感性，为保证焊缝成分稳定，必须保证熔合比稳定。(5) 控制焊缝成形 表面成形是否光整，是否有易产生应力集中之处，均会影响到接头的工作性能，尤其对耐点蚀和耐应力腐蚀开裂有重要影响。 (6) 防止焊件工作表面的污染 奥氏体不锈钢焊缝受到污染，其耐蚀性会变差。焊前应彻底清除焊件表面的油脂、污渍、油漆等杂质，否则这些有机物在电弧高温作用下分解燃烧成气体，引起焊缝产生气孔或增碳，从而降低耐蚀性。 5.不锈钢的焊接性能不锈钢的焊接性能不锈钢基础知识2011年1月6日