不锈钢基础知识

时间：2025/2/11阅读：20

Hello 又到了我们熟悉的干货时间，本期我为大家说说

不锈钢基础知识

什么是不锈钢？

不锈钢是不锈钢和耐酸钢的简称。在材料科学领域中，将Cr含量大于10.5%，且以耐蚀性和不锈性为主要使用性能的一系列铁基合金称为不锈钢。

不锈钢不锈的特性与钢中的铬含量有直接关系，从金相学角度分析，因为含有铬而使表面形成很薄的氧化铬(Cr2O3)钝化膜保护层，这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。随着铬含量的提高而增强。当铬含量达到10.5%以上时钢的这一特征发生突变，从易生锈到不锈，从不耐蚀到耐腐蚀。而且含铬量从10.5%以后随着铬含量的不断提高，其耐锈性和耐蚀性也不断得到改善。一般不锈钢的铬含量为26%，更高的铬含量已没有必要。

不锈钢是如何分类的？

常用的不锈钢的分类方法主要有：

按钢的组织结构分类可分为：奥氏体不锈钢（200系列and300系列）、马氏体不锈钢（400系列）、铁素体不锈钢（400系列）、双相不锈钢（含有50%奥氏体及50%铁素体）和沉淀硬化不锈钢。
按钢的化学成分分类可分为：Cr不锈钢、Cr-Ni不锈钢、Cr-Mn-N-Ni不锈钢、超低碳不锈钢、高纯不锈钢等。
按钢的功能分类可分为：低温不锈钢、耐热不锈钢、耐磨不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢和超塑性不锈钢等。

不锈钢的标识方法

①用国际化学元素符号和本国的符号来表示化学成份，用阿拉伯字母来表示成份含量：

如：中国、 12CrNi3A

②用固定位数数字来表示钢类系列或数字；如：美国、日本、300系、400系、200系；

③用拉丁字母和顺序组成序号，只表示用途。

美国钢铁学会是用三位数字来标示各种标准级的可锻不锈钢的。其中：

①奥氏体型不锈钢用200和300系列的数字标示，

②铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。例如，某些较普通的奥氏体不锈钢是以201、 304、 316以及310为标记，

③铁素体不锈钢是以430和446为标记，马氏体不锈钢是以410、420以及440C为标记，双相（奥氏体－铁素体），

④不锈钢、沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用名称或商标命名。

主要钢种的分类及特点：
【奥氏体不锈钢】：
在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%～10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可显着提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中获得了广泛的应用。

【铁素体不锈钢】：
在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%～30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术（AOD或VOD）的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此使这类钢获得广泛应用。

【奥氏体--铁素体双相不锈钢】：

是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%～28%，Ni含量在3%～10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显着提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

【马氏体不锈钢】：
通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手朮器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。

钢号	性能与特性	用途
301	与304钢相比，Cr、Ni含量少，冷加工时抗拉强度与硬度增高，无磁性，但冷加工后有磁性。	列车、航空器、传送带、车辆、螺栓、螺母、弹簧、筛网
301L	在301钢基础上，降低C含量，改善焊口的抗晶界腐蚀性；通过添加N元素来弥补含C量降低引起的强度不足，保证钢的强度。	铁道车辆构架及外部装饰材料
304	具有较好的耐腐蚀性，耐热性，低温强度和机械特性；冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象（无磁性，使用温度-196摄氏度～800摄氏度）	家庭用品1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉汽车配件、医疗器具、建材、化学、食品工业、农业、船舶部件
316	因添加MO，故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，可在严酷的条件下使用：加工硬化性忧（无磁性）	海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备；照相、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母
316L	做为316钢种的低C系列，除与316钢有相同的特性外，其抗晶界腐蚀性忧。	316钢的用途中，对抗晶界腐蚀性有特别要求的产品。
321	在304钢种添加Ti元素来防止晶界腐蚀；适合于430摄氏度-900摄氏度温度下使用。	作焊芯、抗磁仪表、、耐酸容器、设备衬里及输送管道等设备和零件。
409L	因添加了Ti元素，故其高温耐腐蚀性及高温强度较好。	汽车排气管、热交换机、集装箱等在焊接后不热处理的产品。
410L	在410钢的基础上，降低了含C量，其加工性，抗焊接变形，耐高温氧化性优秀。	机械构造用件，发动机排气管，锅炉燃烧室，燃烧器。
430	作为铁素体钢的代表钢种，热膨胀率低，成形性及耐氧化性忧	耐热器具、燃烧器、家电产品、2类餐具、厨房洗涤槽、外部装饰材料、螺栓、螺母、CD杆、筛网
430J1L	在430钢中，添加了Cu、Nb等元素；其耐腐蚀性、成形型、焊接性及耐高温氧化性良好。	用于建筑内的装饰、汽车零件，冷热水供给设备。
436L	耐热性、耐磨蚀性良好，因含有Nb、Zr元素，故其加工性，焊接性优秀。	洗衣机、汽车排气管、电子产品、3层底的锅

不锈钢中各元素的作用：

在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。

实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。

1.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。这种变化可以从以下方面得到说明：

　①铬使铁基固溶体的电极电位提高

　②铬吸收铁的电子使铁钝化

钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。

2. 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着。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。　

总的来讲，目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，大多数不锈钢的含碳量在0.1～0.4％之间，耐酸钢则以含碳0.1～0.2％的居多。含碳量大于0.4％的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及冷变形等。

3. 镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的：

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着改变。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。

4. 锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍

锰对于奥氏体的作用与镍相似。但说得确切一些，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10.4%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（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等），但它们不能作为不锈钢使用。锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一，即2％的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体，并且作用的程度比镍还要大。例如，欲使含18％铬的钢在常温下获得奥氏体组织，以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，目前已在工业中获得应用，有的已成功地代替了经典的18-8铬镍不锈钢。

5.不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀。

6.钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能。

7.硅形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素。

8.磷在一般不锈钢中都是杂质元素，但其在奥氏体不锈钢中的危害性不像在一般钢中那样显着，故含量可允许高一些，如有的资料提出可达0．06％，以利于冶炼控制。个别的含锰的奥氏体钢的含磷量可达0．06％（如2Crl3NiMn9钢）以至0.08％（如Cr14Mnl4Ni钢）。利用磷对钢的强化作用，也有加磷作为时效硬化不锈钢的合金元素，PH17－10P钢(含0．25％磷)乃PH－HNM钢（含0．30磷）等。

9.硫和硒　在一般不锈钢中也是常有杂质元素。但向不锈钢中加0．2～0．4％的硫，可提高不锈钢的切削性能，硒也具有同样的作用。硫和硒提高不锈钢的切削性能，是因为它们降低不锈钢的韧性，例如一般18－8铬镍不锈钢的冲击值可达30公斤/厘米2。含0．31％硫的18－8钢（0．084％C、18．15％Cr、9．25％Ni）的冲击值为1．8公斤/平方厘米；含0。22％硒的18－8钢（0．094％C、18．4％Cr、9％Ni）的冲击值为3．24公斤/平方厘米。硫与硒均降低不锈钢的耐腐蚀性能，所以实际应用它们作为不锈钢的合金化元素的很少。

关于不锈钢的常见疑惑：
【不锈钢为什么也生锈?】
不锈钢为什么也生锈? 当不锈钢管表面出现褐色锈斑（点）的时候，人们大感惊奇：认为“不锈钢是不生锈的，生锈就不是不锈钢了，可能是钢质出现了问题"。其实，这是对不锈钢缺乏了解的一种片面的错误看法。不锈钢在一定的条件下也会生锈的。
不锈钢具有抵抗大气氧化的能力---即不锈性，同时也具有在含酸、碱、盐的介质中乃腐蚀的能力---即耐蚀性。但其抗腐蚀能力的大小是随其钢质本身化学组成、加互状态、使用条件及环境介质类型而改变的。如304钢管，在干燥清洁的大气中，有优良的抗锈蚀能力，但将它移到海滨地区，在含有大量盐份的海雾中，很快就会生锈了；而316钢管则表现良好。因此，不是任何一种不锈钢，在任何环境下都能耐腐蚀, 不生锈的。
不锈钢是靠其表面形成的一层极薄而坚固细密的稳定的富铬氧化膜（防护膜），防止氧原子的继续渗入、继续氧化，而获得抗锈蚀的能力。一旦有某种原因，这种薄膜遭到了不断地破坏，空气或液体中氧原子就会不断渗入或金属中铁原子不断地析离出来，形成疏松的氧化铁，金属表面也就受到不断地锈蚀。这种表面膜受到破坏的形式很多，日常生活中多见的有如下几种：
　　1.不锈钢表面存积着含有其他金属元素的粉尘或异类金属颗粒的附着物，在潮湿的空气中，附着物与不锈钢间的冷凝水，将二者连成一个微电池，引发了电化学反应，保护膜受到破坏，称之谓电化学腐蚀。
　　2.不锈钢表面粘附有机物汁液（如瓜菜、面汤、痰等），在有水氧情况下，构成有机酸，长时间则有机酸对金属表面的腐蚀。
　　3.不锈钢表面粘附含有酸、碱、盐类物质（如装修墙壁的碱水、石灰水喷溅），引起局部腐蚀。
　　4.在有污染的空气中（如含有大量硫化物、氧化碳、氧化氮的大气），遇冷凝水，形成硫酸、硝酸、醋酸液点，引起化学腐蚀。

以上情况均可造成不锈钢表面防护膜的破坏引发锈蚀。所以，为确保金属表面光亮，不被锈蚀，我们建议：
　　1.必须经常对装饰不锈钢表面进行清洁擦洗，去除附着物，消除引发修饰的外界因素。
　　2. 海滨地区要使用316材质不锈钢，316材质能抵抗海水腐蚀。
　　3.市场上有些不锈钢管化学成分不能符合相应国家标准，达不到304 材质要求。因此也会引起生锈，这就需要用户认真选择有信誉厂家的产品

【不锈钢为什么也会带磁?】
人们常以为磁铁吸附不锈钢材，验证其优劣和真伪，不吸无磁，认为是好的，货真价实；吸者有磁性，则认为是冒牌假货。其实，这是一种极其片面的、不切实的错误的辨别方法。
不锈钢的种类繁多，常温下按组织结构可分为几类：
　　１．奥氏体型：如304、321、316、310等；
　　２．马氏体或铁素体型：如430、420、410等；
奥氏体型是无磁或弱磁性，马氏体或铁素体是有磁性的。
通常用作装饰管板的不锈钢多数是奥氏体型的304材质，一般来讲是无磁或弱磁的，但因冶炼造成化学成分波动或加工状态不同也可能出现磁性，但这不能认为是冒牌或不合格，这是什么原因呢？
　　上面提到奥氏体是无磁或弱磁性，而马氏体或铁素体是带磁性的，由于冶炼时成分偏析或热处理不当，会造成奥氏体304不锈钢中少量马氏体或铁素体组织。这样，304不锈钢中就会带有微弱的磁性。
　　另外，304不锈钢经过冷加工，组织结构也会向马氏体转化，冷加工变形度越大，马氏体转化越多，钢的磁性也越大。如同一批号的钢带，生产Φ76管，无明显磁感，生产Φ9.5管。因泠弯变形较大磁感就明显一些，生产方矩形管因变形量比圆管大，特别是折角部分，变形更激烈磁性更明显。
　　要想消除上述原因造成的304钢的磁性，可通过高温固溶处理开恢复稳定奥氏体组织，从而消去磁性。
　　特别要提出的是，因上面原因造成的304不锈钢的磁性，与其他材质的不锈钢，如430、碳钢的磁性不是同一级别的，也就是说304钢的磁性始终显示的是弱磁性。
　　这就告诉我们，如果不锈钢带弱磁性或不带磁性，应判别为304或316材质；如果与碳钢的磁性一样，显示出强磁性，因判别为不是304材质。

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