不銹鋼的分類與材料性能

 不銹鋼是指鉻含量至少為10.5%，碳含量最大不超過1.2%的耐腐蝕合金鋼，表中給出了不同類型不銹鋼材料化學(xué)成分的比較，目前廣泛應(yīng)用于土木工程的主要是奧氏體型不銹鋼（Austenitic）和奧氏體-鐵素體型不銹鋼（Duplex）。與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，不銹鋼材料主要有以下特點(diǎn)：

 ①. 不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和耐久性能，因此不銹鋼是一種比較理想的建筑材料，特別是在海洋工程和各類腐蝕環(huán)境中工作的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

 ②. 不銹鋼具有良好的耐高溫性能和低溫韌性，不銹鋼在結(jié)構(gòu)損壞之前可以承受600~800℃的高溫，其抗火性能遠(yuǎn)高于碳素結(jié)構(gòu)鋼。不銹鋼還具有良好的沖擊韌性，尤其是在低溫下比碳素鋼要好得多。

 ③. 不銹鋼的塑性和韌性好，便于加工成型，使用壽命長，維護(hù)成本低，循環(huán)利用率高，是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的建筑材料。

 ④. 不銹鋼材料的非對稱性和各向異性，不銹鋼材料在受拉和受壓過程中其應(yīng)力-應(yīng)變性能表現(xiàn)出明顯的各向異性和非對稱性，尤其是在冷加工過程中。

 ⑤. 不銹鋼的使用壽命長，通過合理選材和設(shè)計的不銹鋼結(jié)構(gòu)，只需要很少的維護(hù)，其使用壽命周期便以百年計，使用壽命周期成本非常低，且其材料自身回收率高達(dá)100%，減少了環(huán)境污染，是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的建筑材料[8]。

不銹鋼按金相組織和熱處理特征分類，可分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼和雙相不銹鋼。

 1. 鐵素體不銹鋼

  鐵素體不銹鋼主要含11%~19%的鉻元素，含有少量或不含鎳，所以價格較便宜。鋼中的組織基本是鐵素體，所以具有鐵磁性。鐵素體不銹鋼強(qiáng)度較低，而且不能通過熱處理方法強(qiáng)化。該鋼種有一定的塑性，但脆性較大，一般不用于低溫環(huán)境。鐵素體不銹鋼在硝酸等氧化性介質(zhì)中有良好的耐腐蝕性，在含氯化物介質(zhì)中有良好的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力，但在還原性介質(zhì)中的耐腐蝕性較差。

 2. 馬氏體不銹鋼

 馬氏體不銹鋼的鉻含量與鐵素體不銹鋼相當(dāng)，熱處理時為了保證奧氏體在高溫的穩(wěn)定性，需要加入鎳、氮或碳，并依據(jù)使用條件調(diào)整其含碳量，一般在0.1%~0.4%，對于做工具使用時，含碳量可達(dá)0.8%~1.0%。馬氏體不銹鋼在加熱時可以發(fā)生相變，因此可以通過熱處理調(diào)整其力學(xué)性能，這使馬氏體不銹鋼可以用于制造有較高強(qiáng)度要求的零部件。馬氏體不銹鋼耐蝕性較差但硬度高，主要用于手術(shù)器械、刮胡刀、刀叉、軸承等。

 3. 奧氏體不銹鋼

 奧氏體不銹鋼種類多，鉻含量較高一般大于18%，鎳含量在8%左右。鎳的加入使奧氏體可以在室溫存在，奧氏體不銹鋼加熱時不發(fā)生相變，所以不能通過熱處理方法強(qiáng)化力學(xué)性能，但由于塑性和韌性高，加工硬化效果好。降低碳含量可以減少碳化物析出，提高奧氏體不銹鋼的焊接性能。奧氏體不銹鋼耐腐蝕性能比馬氏體不銹鋼好，其中鉻-鎳奧氏體不銹鋼對氧化性介質(zhì)耐腐蝕，含鉬、銅、硅的奧氏體不銹鋼在硫酸中有更好的耐腐蝕性，含鈦或鈮的奧氏體不銹鋼有良好的抗晶間腐蝕性能。提高奧氏體不銹鋼中的鉻、鉬、鎳、氮可提高抗點(diǎn)蝕性能。奧氏體不銹鋼在較高溫度固溶處理或含有較多鐵素體形成元素等情況下會形成δ鐵素體。一些奧氏體不銹鋼還會生成形變誘導(dǎo)馬氏體，使耐蝕性下降。

 4. 沉淀硬化不銹鋼

 沉淀硬化不銹鋼強(qiáng)度高、耐高溫，但耐蝕性通常比鐵素體不銹鋼差。在成分中除含有鉻、鎳元素外，還含有可以在熱處理時能形成沉淀析出相的銅、鋁、鈦、鈮、鉬等元素，以此使鋼得到強(qiáng)化。沉淀硬化不銹鋼可以通過熱處理方法調(diào)整力學(xué)性能。

 5. 雙相不銹鋼

 雙相不銹鋼一般含有17%~30%的鉻和3%~13%的鎳，組織由鐵素體和奧氏體兩相共同構(gòu)成。合金成分不同，使雙相不銹鋼的組織有的以鐵素體為主，有的以奧氏體為主，一般較少量的相最少要占30%。雙相不銹鋼中還加入鉬、銅、鈮、氮等元素，來提高強(qiáng)度、耐蝕性和調(diào)整組織。兩相的存在，在晶粒長大的過程中會相互制約，從而使晶粒尺寸較小，晶界較多，阻礙位錯運(yùn)動，形成細(xì)晶強(qiáng)化，因此雙相不銹鋼的強(qiáng)度高，塑性和韌性也好。由于晶界較多，鉻的碳化物在晶界上析出的濃度就會降低，且鐵素體中較多的鉻也會補(bǔ)充過來，使雙相不銹鋼的耐晶間腐蝕性能優(yōu)秀。雙相不銹鋼結(jié)合了奧氏體和鐵素體的優(yōu)點(diǎn)，與鐵素體不銹鋼相比，塑性、韌性更高。與奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好，特別是耐點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕及耐應(yīng)力腐蝕性能好。