不锈钢通常是指不锈耐酸钢的统称。不锈钢是指耐弱介质腐蚀的钢,如大气、蒸汽和水,而耐酸钢是指耐化学腐蚀介质腐蚀的钢,如酸、碱、盐。不锈钢与不锈钢的区别在于镍的成分。
不锈铁是一种不锈钢,通过二次熔炉处理和烧结去除,由回收的废铁、铅、钢等材料加工而成。其型号包括409、410、430、444,属于马氏体和铁素体不锈钢。用作磁铁时具有磁性。奥氏体不锈钢包括201、202、304、321、316L等。
不锈钢(也称为耐酸不锈钢)是指能够抵抗大气或酸性化学介质腐蚀的钢。不锈钢并非完全不生锈,但其在不同介质中的腐蚀行为各不相同。不锈钢的种类很多,性能各异,在发展过程中逐渐形成了几个大类。
按组织结构划分,可分为四类:马氏体不锈钢(包括沉淀硬化不锈钢)、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体-铁素体双相不锈钢;
按钢的主要化学成分或钢中的某些特征元素分类,可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢、低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯度不锈钢等;
根据钢的性能特点和用途,可分为耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强度不锈钢等;
根据钢的功能特点,可分为低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等。
目前常用的分类方法是根据钢的组织特点和化学成分,或两者结合进行分类。一般分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢,或分为两类:铬不锈钢和镍不锈钢。
a、马氏体不锈钢
常用的马氏体不锈钢的碳含量为0.1-0.45%,铬含量为12-14%,属于铬不锈钢,通常指Cr13型不锈钢。典型的钢种包括1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。这种钢通常用于制造各种阀门、泵和其他能够承受负荷并要求耐腐蚀性的部件,以及一些不锈工具。
为了提高耐腐蚀性,马氏体不锈钢的碳含量控制在非常低的范围内,一般不超过0.4%。碳含量越低,钢的耐腐蚀性越好,而碳含量越高,基体中的碳含量越高,导致钢的强度和硬度越高;碳含量越高,形成的碳化铬越多,其耐腐蚀性越差。不难看出,4Cr13的强度和硬度指标优于1Cr13,但其耐腐蚀性不如1Cr13。
1Cr13 和 2Cr13 具有抵抗大气、蒸汽及其他介质腐蚀的能力,常作为耐腐蚀结构钢使用。为获得良好的综合性能,常采用淬火加高温回火(600-700 ℃)获得回火马氏体,用于制造汽轮机叶片、锅炉管件等。而 3Cr13 和 4Cr13 钢因含碳量较高,耐腐蚀性相对较差。通过淬火加低温回火(200~300 ℃)获得回火马氏体,具有较高的强度和硬度(HRC 可达 50),故常作为工具钢使用,用于制造医疗器械、切削工具、热油泵轴等。
b、铁素体不锈钢
常用的铁素体不锈钢含碳量小于0.15%,含铬量为12%-30%,也属于铬不锈钢。典型钢号有0Cr13、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。由于碳含量相应降低,铬含量增加,钢的显微组织在从室温加热到高温(960-1100℃)时仍保持单相铁素体组织。其耐蚀性、塑性和焊接性均优于马氏体不锈钢。高铬铁素体不锈钢的抗中等腐蚀能力强,随着铬含量的增加,其耐蚀性进一步提高。
在钢中加入钛可以细化晶粒尺寸,稳定碳和氮,并提高钢的韧性和焊接性。铁素体不锈钢不能通过热处理方法进行强化,因为它在加热和冷却过程中不发生相变。如果在加热过程中晶粒粗化,只能通过冷塑性变形和再结晶来改善组织和性能。如果这类钢在 450-550 ℃ 下停留,会导致钢材脆化,称为“475 ℃脆性”。通过加热到约 600 ℃ 然后快速冷却,可以消除脆化。还应注意,这类钢在 600-800 ℃ 下长时间加热也会产生硬而脆的 σ 相,导致材料出现 σ 相脆性。
此外,在9250°C以上快速冷却时,会因晶粒显著粗大而出现晶间腐蚀和脆性倾向。这些现象对焊接件来说是严重的问题。前者可以通过在650-815°C下进行短期回火来消除。这类钢的强度明显低于马氏体不锈钢,主要用于制造耐腐蚀部件,广泛应用于硝酸和氮肥工业。
c、奥氏体不锈钢
在含18%Cr的钢中加入8-11%Ni,即可得到奥氏体不锈钢。1Cr18Ni9是最典型的钢种。这类钢由于加入镍而扩大了奥氏体区,在室温下形成亚稳态的单相奥氏体组织。由于其铬和镍含量高,且为单相奥氏体组织,故比铬不锈钢具有更高的化学稳定性及耐腐蚀性,是目前应用最广泛的不锈钢。
18-8不锈钢在退火状态下呈现奥氏体+碳化物结构。碳化物的存在会对钢的耐腐蚀性造成严重损害。因此,通常采用固溶处理的方法,即将钢加热到1100℃,然后水冷,使碳化物溶解在高温获得的奥氏体中。通过快速冷却,在室温下获得单相奥氏体组织。
通常所说的不锈钢是指铁素体不锈钢和马氏体不锈钢。用于区别于最常用的具有良好防锈性能的奥氏体不锈钢。
d. 奥氏体-铁素体双相不锈钢
它是一种奥氏体和铁素体结构各占一半的钢。在低碳含量下,铬含量在 18% 到 28% 之间,镍含量在 3% 到 10% 之间。有些钢还含有钼、铜、硅、铌、钛、氮等合金元素。这类钢结合了奥氏体和铁素体不锈钢的特点。与铁素体不锈钢相比,它具有更高的塑性和韧性,没有室温脆性,晶间腐蚀性能和焊接性能显著提高。同时,它保留了铁素体不锈钢的 475℃ 脆性和高导热性,并具有超塑性等特点。
与奥氏体不锈钢相比,其强度更高,在晶间腐蚀和氯化物应力腐蚀方面的性能显著提高。双相不锈钢具有优异的耐点蚀性能,并且是一种节省镍的不锈钢。
如何区分不锈钢和“不锈铁”制品?
通过标记识别:许多不锈钢制品表面会打有钢印,如13-0、18-8等。短线前的数字表示产品的铬含量,短线后的数字表示产品的镍含量。像13-0,只含铬不含镍,俗称“不锈铁”;而18-8则表示产品既含铬又含镍,是为不锈钢。
通过声音辨别:敲击不锈钢或“不锈铁”制品,也可作为一种判断方法。
用永磁体吸引:真正的不锈钢不会被磁铁吸引,而“不锈铁”则能被磁铁吸引。虽然“不锈铁”和不锈钢在性能上有所差异,但它们的耐腐蚀性都远优于熟铁和铸铁炊具。