不銹鋼可以按組織特征、用途、化學(xué)成份、表面類(lèi)別等多種方式進(jìn)行分類(lèi)。
常見(jiàn)的一種分類(lèi)方法-不銹鋼按其組織特征分為:奧氏體型、奧氏體-鐵素體、鐵素體型、馬氏體型和沉淀硬化型五類(lèi)。
奧氏體型鋼(A):主要合金元素為鉻和鎳,其次有鈦、鈮、鉬、氮、錳等。具有穩(wěn)定的奧氏體組織,加熱無(wú)相變,無(wú)鐵磁性。這類(lèi)鋼韌性高,脆性轉(zhuǎn)變溫度低,具有良好的耐蝕性和高溫強(qiáng)度,較好的抗氧化性,良好的壓力加工和焊接性能,但屈服強(qiáng)度較低,且不能采用熱處理方法強(qiáng)化。
鐵素體型鋼(F):主要合金元素為鉻,其含量通常等于大于13%,不含鎳,有些鋼種還添加鉬、鈦、硫等。加熱時(shí)無(wú)相變,且存在加熱晶粒長(zhǎng)大不可逆性,不能用熱處理方法改變。高鉻鐵素體型不銹鋼存在475℃和σ相析出產(chǎn)生的脆性,可用加熱到550℃或800℃以上然后快冷加以。這類(lèi)鋼具有良好的抗氧化性介質(zhì)的腐蝕能力,并具有良好的熱加工性及一定的冷加工性能。但缺口敏感性和脆性轉(zhuǎn)變溫度較高,加熱后對(duì)晶間腐蝕也較為敏感。
奧氏體-鐵素體型鋼(雙相不銹鋼)(A-F):在18-8型奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上添加更多的鉻鉬和硅元素,或降低含碳量制成。其屈服強(qiáng)度約為奧氏體型鋼兩倍,可焊性良好,韌性較高,應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕及焊接熱裂傾向較奧氏體型鋼小。
馬氏體型鋼(M):主要合金元素是鉻,其含量13%以上,含碳量較高,熱處理時(shí)有相變,可采用熱處理方法強(qiáng)化。淬透性較高,含碳高的鋼的鋼空淬也能得到馬氏體。鋼在淬火回火狀態(tài)使用,有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。
沉淀硬化型鋼(PH):經(jīng)沉淀硬化熱處理后具有高的強(qiáng)度,耐蝕性?xún)?yōu)于鐵素體型鋼而略低于奧氏體型鋼。
00Cr25Ni20(Nb)系含有較高Cr,Ni的奧氏體耐硝酸不銹鋼。由于碳含量低(≤0.02%),有時(shí)還含有穩(wěn)定化元素Nb,因而耐晶間腐蝕性能較好, 焊后沒(méi)有焊接務(wù)化傾向。由于鎳含量較高,因此耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能也優(yōu)于一般的18-8不銹鋼。
00Cr25Ni22Mo2N鋼主要用于尿素生產(chǎn)中汽提塔的結(jié)構(gòu)材料。由于鋼中含氮,不僅使鋼的耐孔蝕性能提高,且可使鋼具有更高的強(qiáng)度和更穩(wěn)定的純奧氏體組織。研究和實(shí)際使用均表明,此鋼耐尿素腐蝕的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于00Cr17Ni14Mo2(316L),也優(yōu)于00Cr18Mn14Mo2N(A4),是近10多年來(lái)。在尿素生產(chǎn)中發(fā)展與應(yīng)用的較新鋼種,國(guó)外70年代開(kāi)始用于尿素汽提塔,國(guó)內(nèi)大化肥引進(jìn)設(shè)備上也已普通采用。此鋼還可用于醋酸、硫酸生產(chǎn)中制造熱交換器和容器、管道等。
70年代以來(lái),我國(guó)不銹鋼材料研究工作的其它重要進(jìn)展有:研制了高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度的馬氏體時(shí)效不銹鋼并投入工業(yè)試制與應(yīng)用;采用真空感應(yīng)爐、真空電子束爐和真空自耗爐冶煉并批量生產(chǎn)了C+N≤150-250ppm的高純鐵素體不銹鋼00Cr18Mo2、00Cr26Mo1和00Cr30Mo2;含Mo量≥4.5%的高M(jìn)o和高M(jìn)o含N的Cr-Ni奧氏體不銹鋼,例如研制成功00Cr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr18Ni18Mo5(N)、00Cr25Ni25Mo5N等并在化工、石化和海洋開(kāi)發(fā)中獲得了應(yīng)用;在解決濃硝酸腐蝕和固溶態(tài)晶間腐蝕方面,研制了00Cr25Ni20Nb和幾種超低碳高硅不銹鋼,80年代以來(lái),超低碳并對(duì)鋼中磷含量和α相量嚴(yán)加控制的尿素級(jí)不銹鋼00Cr18Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N兩種牌號(hào)研制完成,它們的板、管、棒材、鍛件以及焊接材料均在大中型尿素工業(yè)中得到了應(yīng)用,取得了滿(mǎn)意的結(jié)果;由于一些特殊鋼廠(chǎng)陸續(xù)建成冶煉不銹鋼的爐外精煉設(shè)備,例如AOD(氬氧精煉爐)、VOD(真空氧精煉爐)等并已投產(chǎn),我國(guó)不銹鋼的冶煉技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階。它不僅使低碳、超低碳不銹鋼的生產(chǎn)變得輕而易舉,而且使不銹鋼的內(nèi)在質(zhì)量提高,成本降低。由于含Ti的18-8型Cr-Ni奧氏體鋼存在一系列缺點(diǎn),美、日等工業(yè)先進(jìn) 早在60年代便已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了由含Ti不銹鋼到普遍采用低碳、超低碳不銹鋼的過(guò)渡,而我國(guó)是在1985—1990年間才大力進(jìn)行低碳、超低碳不銹鋼的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用,取得了一些可喜的進(jìn)展,例如1988年底我國(guó)低碳、超低碳18-8型不銹鋼產(chǎn)量已占我國(guó)不銹鋼產(chǎn)量的10%左右。但與不銹鋼生產(chǎn)、應(yīng)用的先進(jìn) 相比(例如日、美等國(guó)含Ti的18-8型Cr-Ni鋼僅占不銹鋼產(chǎn)量的1.5%左右),還存在著很大的差距。80年代,我國(guó)還開(kāi)展了控氮(N 0.05%—0.10%)和氮合金化(N>0.10%)Cr-Ni奧氏體不銹鋼的研制工作。試驗(yàn)表明,氮在Cr-Ni奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼中是一種無(wú)價(jià)且非常有益的合金元素。對(duì)氮的強(qiáng)化作用,降低鋼的晶間腐蝕敏感性,改善鋼的耐蝕性,特別是改善鋼的耐點(diǎn)蝕等方面的機(jī)制,正在進(jìn)行深入的研究工作。幾種控氮和氮合金化的Cr-Ni奧氏體不銹鋼已結(jié)合工程需要投入了批量生產(chǎn)和應(yīng)用。
1Cr18Ni12Mo3Ti0Cr18Ni12Mo3Ti和00Cr19Ni13Mo3這四種含氮奧氏體不銹鋼均是在其各自的不含氮鋼種的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它們既保留了原來(lái)各相應(yīng)不含氮鋼種的耐蝕性特點(diǎn),同時(shí)由于氮的強(qiáng)化作用提高了強(qiáng)度和加工硬化傾向,而塑性、韌性仍然維持很高的水平。另外,氮的加入也進(jìn)一步改善在某些方面的耐蝕性,特別是耐點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕性能。這些鋼可用在各相應(yīng)不含氮鋼的應(yīng)用場(chǎng)合,同時(shí)可承受更重的負(fù)荷,因而可減少材料消耗。從實(shí)用角度上講,目前重要的是0Cr19Ni9N和00Cr17Ni13Mo2N兩種。0Cr19Ni9N鋼主要用于要求一定耐蝕性和較高強(qiáng)度或減輕重量的設(shè)備及構(gòu)件,比如飛機(jī)和宇航器中的部件與裝置,海水設(shè)備中泵、閥以及船舶的軸與推進(jìn)器等。00Cr17Ni13Mo2N鋼主要用于化工、化肥(特別是尿素生產(chǎn))裝置中的高壓設(shè)備和管線(xiàn),如合成塔、反應(yīng)器和容器有關(guān)設(shè)備。