不銹鋼的分類及應用

 由于科學和工業(yè)的不斷發(fā)展，對不銹鋼需求的不斷提高，研究者們在不銹鋼中加入碳、錳、鎳、鉬、銅、鈦、鋁、氮,等合金元素來改善不銹鋼的組織和性能，先后研發(fā)出來100多種不同組織成分的不銹鋼型號。不銹鋼按晶體結(jié)構(gòu)和組織狀態(tài)分為五大類，即鐵素體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼、奧氏體-鐵素體鋼及沉淀硬化不銹鋼。不同類型的不銹鋼具有不同的相組成和不同的性能，應用于不同的領域。

1. 鐵素體不銹鋼

 鐵素體不銹鋼是一種以鉻為主要合金元素的鋼種，鉻含量一般為15%~30%，另外還含有及少量的碳、氮、鎳和硅等合金元素。與300系奧氏體不銹鋼相比，鐵素體不銹鋼幾乎不含鎳元素，所以是一種節(jié)鎳型不銹鋼。鐵素體的晶體類型體心立方結(jié)構(gòu)，有磁性，熱膨脹系數(shù)小。鐵素體不銹鋼因為鉻含量高，所以耐腐蝕性能和抗氧化性能均比較好。另外根據(jù)其鉻含量的高低，又可把鐵素體不銹鋼分為低鉻不銹鋼（15%）、中鉻不銹鋼（16%~18%）高鉻不銹鋼（19%~30%）。其中低鉻鐵素體不銹鋼應用最廣泛，具有較好耐蝕性和延展性，在汽車尾氣系統(tǒng)生產(chǎn)中尤為重要；中鉻鐵素體不銹鋼不易加工，一般用在廚具行業(yè)和汽車裝飾中；高鉻合金則用在腐蝕氧化性較嚴重的惡劣環(huán)境中。鐵素體不銹鋼的屈服強度相對較低，位于270MPa~350Mpa之間，再加上其較低的沖擊韌性和較高的敏感性在很大程度上限制了其加工性能。隨著冶煉技術的不斷發(fā)展，高純鐵不銹鋼也逐漸投入了生產(chǎn)，同時也很好的克服了這一缺點，為鐵素體不銹鋼的發(fā)展帶來便利。

 2. 馬氏體不銹鋼

 馬氏體不銹鋼含碳量較高，可達0.1~1%，鉻一般為12~18%，具有體心立方結(jié)構(gòu)，有磁性。世界廣泛使用的馬氏體鋼種有：低碳及中碳13%鋼，高碳的18%鋼，低碳含少量鎳的17%Cr鋼。馬氏體不銹鋼強度高、耐蝕性好，但塑性和可焊性較差，可用來制作機器零件如軸和拉桿及蒸汽渦輪葉片（1Cr13）等及在腐蝕介質(zhì)中工作的零部件如螺栓，活門等（4Cr13）。含碳量較高的鋼種如9Cr18，4Cr13等適用于制造醫(yī)療器械、彈簧、餐刀等。

 3. 奧氏體不銹鋼

 奧氏體不銹鋼通常鉻含量為17%~25%，鎳含量為8%~25%。奧氏體為面心立方結(jié)構(gòu)，無磁性，具有較高的韌性、耐蝕性、延展性和成形性。根據(jù)所含合金成分的不同，奧氏體不銹鋼被分為以下兩個系列：鉻鎳奧氏體不銹鋼（300系）和鉻錳奧氏體不銹鋼（200系）。18Cr-8Ni代表300系奧氏體不銹鋼，對其再加入鉻、鎳及其它合金元素Si,Mo,Cu,Nb,Ti等就發(fā)展成為高鉻鎳系列鋼。另外添加鋁能改善其在氯離子環(huán)境中的耐蝕性，添加鎳能有效提高其氧化能力，添加鈮和鈦能消除或者是降低其晶界腐蝕傾向，稀土元素的添加能有效改善其耐點蝕和高溫氧化能力。300系不銹鋼具有高耐腐蝕性和良好的綜合力學性能及工藝性和可焊性，但是其強度和硬度偏低，不宜使用在承受較重的負荷及對耐磨性要求較高的設備上。200系奧氏體不銹鋼，含有較多的促進奧氏體形成的元素氮，但鎳含量很低，所以需要添加5%-20%的錳元素來增加氮在奧氏體不銹鋼中的飽和度。氮元素是很強的促進奧氏體形成的元素，因此氮作為固溶強化元素來提高200系不銹鋼的強度，且不顯著損害不銹鋼的塑韌性。

 4. 沉淀硬化不銹鋼

 不銹鋼在其本身化學成分的基礎上添加不同類型和不同數(shù)量的合金強化元素，通過沉淀硬化的方式，使不同數(shù)量、不同類型的碳化物、氮化物及金屬間化合物析出，這種即能提高鋼的強度又能保持鋼的足夠的韌性的一類高強度不銹鋼，稱為沉淀硬化不銹鋼，又稱PH鋼。從固溶處理后的微觀組織結(jié)構(gòu)來看，可將PH鋼分為奧氏體、半奧氏體和馬氏體型沉淀硬化不銹鋼。通過加鋁、鈮、銅等元素形成金屬間化合物以獲得實效敏化，也可通過冷加工獲得時效敏化。由于其高的鉻、鎳、鋁含量和低的含碳量，使其具有良好的耐腐蝕性和力學性能，因此其在核工業(yè)、航天、航空等領域得到了良好的應用。

 5. 奧氏體-鐵素體不銹鋼

 奧氏體-鐵素體不銹，鋼中鎳含量較低為1%~10%，而鉻含量較高為18%~28%，其中還含有鉬、錳、銅等其它合金元素。奧氏體-鐵素體不銹鋼兼具有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點，兩相中任一相所占比例大約為45%~55%。因此雙相不銹鋼具有較高的韌性、較低的脆性轉(zhuǎn)變溫度、耐晶界腐蝕、良好的焊接性、較高的機械強度和良好的機械加工性等優(yōu)點。廣泛應用于生產(chǎn)、生活的各個領域中。

 通過介紹這五種奧氏體不銹鋼得知每一種不銹鋼都有其優(yōu)缺點，但隨著科學和工業(yè)不斷發(fā)展，目前，普通的合金或是單一的某種金屬在一定程度上已經(jīng)不能滿足工業(yè)發(fā)展對材料綜合性能的要求，在化工生產(chǎn)領域、軍工領域、生物材料領域、海洋設施、發(fā)電廠、石油等領域?qū)Σ讳P鋼和耐腐蝕合金產(chǎn)品的需求迅速增加，對材料的綜合性能也提出了更高更嚴格的要求。且大多時候零件或設備破壞和實效都是從表面開始的。因此對不銹鋼表面的研究顯得尤為重要。