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  • 分类:标准详解
  • 发布时间:2020-12-25 10:38:28
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THE WASI STAINLESS STEEL ENCYCLOPEDIA
WASI 不锈钢百科全书

不锈钢材料介绍

不锈钢主组

The term "stainless steel" is a collective term for more than 120 different types of stainless steels. For many decades, a variety of different alloys were developed wich offers the best properties for most diverse ap- plications. These alloys have one characteristic in common: due to the chrome in the alloy they do not require any additional surface protection. This chrome component forms a colourless and transparent oxide layer on the surface that closes on its own with the assistance of oxygen contained in the air or water after surface damage. Stainless steels are summarised in DIN 17440 and DIN EN ISO 3506. Stainless steel alloys are basically divided into four main groups according to their crystalline structure:

术语“不锈钢”是120多种不同类型不锈钢的统称。几十年来,各种不同的合金被开发出来,它们为大多数不同的应用提供了最好的性能。这些合金有一个共同的特点:由于合金中的铬,它们不需要任何额外的表面保护。这种铬组分在表面形成一层无色透明的氧化层,在表面受损后,借助空气或水中所含的氧气自行闭合。不锈钢在DIN 17440DIN EN ISO 3506中进行了总结。不锈钢合金按其晶体结构基本分为四大类:

■ A  奥氏体钢 - Austenitic Steel    A1-A5和A8

■ C  马氏体钢 - Martensitic Steel   C1,C3 和 C4

■ F  铁素体钢 - Ferritic Steel       F1

■  双相钢(奥氏体-铁素体) duplex - austenitic-ferritic steel  D2,D4,D6和D8.

不锈钢覆盖多种材料,提供不同的耐腐蚀性能和不同的功能性能。用不锈钢制造的特殊紧固件应该在考虑螺栓连接的预期环境的所有条件的情况下仔细选择。紧固件的表面状况(钝化、表面粗糙度等)会影响紧固件的抗腐蚀能力。

在特殊情况下,建议咨询有经验的紧固件制造商和/或不锈钢冶金专家,以便为给定的应用做出适当的选择。

腐蚀取决于与紧固件本身有关的几个因素,螺栓连接的设计,使用环境,表面和材料条件,机械应力,温度和不同金属之间的接触所造成的腐蚀(称为电偶腐蚀或接触腐蚀),等等。

需要特别注意:配套使用不同等级的不锈钢紧固件时,组套的紧固件的耐腐蚀性取决于最低的耐腐蚀性等级。

当不锈钢紧固件用于高温或低温环境时:
■ 奥氏体不锈钢适用于低至-196℃(-196°C是可测试性的极限,相当于正常大气压下的液氮)和高至+300℃的使用环境
■ 马氏体不锈钢适用于低至-40℃和高至+230℃的使用环境
■ 铁素体不锈钢适用于低至-20℃和高至+250℃的使用环境
■ 双相不锈钢适用于低至-40℃和高至+280℃的环境

不锈钢材料的选择主要从以下几个方面来考虑:

■ 对紧固件材料在机械性能方面,特别是强度方面的要求;
■ 工况条件对材料的抗腐蚀性能方面的要求;
■ 工作温度对材料的耐热性能(高温强度、抗氧化性能)方面的要求;
■ 生产工艺方面对材料加工性能方面的要求;
■ 其它方面,例如重量、价格、采购诸因素都要考虑。
通过对这五个方面进行全面、综合的考虑后,最后按有关国家标准选定适用的不锈钢材料。所生产的标准件和紧固件同时还应符合技术要求:螺栓、螺钉和螺柱(GB/T3098.3-2000),螺母(GB/T3098.15-2000),紧定螺钉(GB/T3098.16-2000)的选材要求。

不同组别不锈钢材料的特点

不锈钢A类 -奥氏体组织(Austenitic )
ISO 3506-GB/T3098 (有关不锈钢的部分) 中包括了不同级别的奥氏体不锈钢 (A1-A5和A8)。按照化学成分一般分为铬镍奥氏体级 (A1-A3) 和铬镍钼奥氏体级 (A4-A8) 。
奥氏体不锈钢中含有较高的铬Cr和镍Ni,通常不能通过热处理进行硬化淬火,具有良好的耐腐蚀性和延展性,具有无磁性或地磁性。 退火状态下的奥氏体钢通常是非磁性的;然而,在紧固件制造过程中发生的冷加工会产生一定的剩磁。为了减少对加工硬化的敏感性, 提高基体的可塑性,对 A1~A5 钢可以添加铜的成分(参见ISO 3506-1和ISO 3506-2中规定的化学成分)。
A2和A4级别的不锈钢当碳含量<0.030%时表示为A2L和A4L;当其碳含量>在0.030%和/或暴露在高温下(无论是在制造过程中、焊接过程中还是在使用环境中),对晶间腐蚀的敏感性更高,在这种情况下请选择A2L或A4L级不锈钢,或含钛Ti或铌Nio的稳定不锈钢A3或A5。A8是一种高合金化奥氏体不锈钢,耐腐蚀性比A1 ~ A5高得多。
对亚稳定型的A2和A4组钢,适用于以下情况:
—氧化铬能提高钢的抗腐蚀性,低的含碳量对亚稳定型的不锈钢极为重要。因为碳对铬有较高的结合力,生成碳化铬后减少了高温时希望存在的氧化铬
对稳定型的A3和A5组钢,适用于以下情况:
—由于Ti、Nb或Ta元素与碳元素的结合力比铬高,能消除不锈钢中碳对铬的影响,使形成氧化铬的量达到最大值。
对海洋或类似的使用环境,要求Cr和Ni含量各约20%,Mo的含量为4.5%~6.5%。
由于奥氏体不锈钢含有较高的铬和镍.可形成致密的氧化膜且热强性高,故奥氏体不锈钢比其它不锈钢具有更优良的耐蚀性、塑性、高温性能和焊接性,因此奥氏体不锈钢在航空、化工和原子能等工业中得到日益广泛的应用,当有高的腐蚀倾向时,应向专家咨询。

■ A1 组别

A1级不锈钢是专门为机械加工而设计的。该组钢具有高的硫含量,比相应标准硫含量钢的耐腐蚀能。这一等级既不适合用于无氧化性的酸和试剂,也不适合用于有氯的环境(例如使用氯作为清洗剂的游泳池或海洋环境)。

■ A2组别

A2组钢是最广泛使用的不锈钢,用于厨房设备和化工装置及紧固件产品,该组钢不适用于非氧化酸类介质和带氯化物成分的介质,如游泳池和海洋环境。

■ A3组别

A3级不锈钢的性能与A2级不锈钢相似,但耐温性更强(通常可达350℃),并通过添加钛或铌与碳、氮结合而稳定。这一等级既不适合用于无氧化性的酸和试剂,也不适合用于有氯的环境(例如,使用氯作为清洗剂的游泳池或海洋环境)。

■ A4组别

A4级不锈钢,通常被称为“耐酸钢”,是钼合金,具有更好的耐腐蚀性能。A4通常用于化纤工业。并在一定程度上也适合于含氯化物的场合。A4还常用于食品和造船工业,但是有些使用氯化物作为清洗剂游泳池,或许多海洋环境请咨询专家后谨慎使用。
常用的A4级别耐蚀性和高温强度特别好,可在苛刻的条件下使用,加工硬化性好,无磁性。A4L-316L不锈钢中添加Mo(2-3%)故耐蚀性和高温强度优良,其含碳量比A4低,因此抗晶间腐蚀性比A4优良,高温蠕变强度高,可在苛刻的条件使用,加工硬化性好,无磁性。 适用于在海水和其它介质中,主要作耐点蚀材料,照相、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母,海水用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料生产设备等。典型用途:纸浆和造纸用设备热交换器、染色设备、胶片冲洗设备、管道、沿海区域建筑物外部用材料。
另外由于A4L不锈钢的最大碳含量0.03,可用于焊接后不能进行退火和需要最大耐腐蚀性的用途中。

■ A5组别

A5级不锈钢是稳定型的不锈钢,具有A4级性能,但其耐温度(通常可达350℃)有所提高。A5级不锈钢具有与A4级相似的性能,并且耐多种酸。加入钛或铌与碳和氮结合可以稳定它们。这一级别可用于氯存在的某些环境。但是有些使用氯化物作为清洗剂游泳池,或许多海洋环境请咨询专家后谨慎使用。

■ A8组别

A8级不锈钢被称为“6%钼”不锈钢。它们对所有形式的腐蚀,包括点蚀,裂缝和应力腐蚀开裂具有极高的抵抗能力。完全适用于氯化物作清洗剂的游泳池及全部的海洋环境。然而,对于建筑物和构造可能有特定的要求和/或法规。

主要奥氏体不锈钢的化学成分:

请注意:最新标准要求,未经买方同意,不得在不锈钢中有意添加未报价的元素,但用于完成加热的目的除外。应采取一切合理的预防措施,防止从废料或制造中使用的其他材料中添加影响淬炼性、机械性能和适用性的元素。

不锈钢C类 -马氏体组织(martensitic )

ISO 3506系列包括三个等级的马氏体不锈钢(C1, C3和C4)。它们可以通过淬火和回火硬化。机械性能随着碳的增加而提高。含量增加,诱导铬含量必要的增加,以达到适当的耐蚀性,但镍Ni和其他合金元素很少。马氏体等级C1、C3和C4的耐腐蚀性通常低于奥氏体等级。硬度较高,但延展性降低,通常具有强磁性。然而,其他具有改进耐腐蚀性的马氏体钢(见下表)也可用于特殊紧固件。
由于马氏体不锈钢的冲击强度和延展性较差,在零下温度下使用马氏体不锈钢时应谨慎。马氏体钢的磁性总是很强。
■ C1组别 C1组钢的耐腐蚀能有限,用于涡轮、泵和刀。
■ C3组别 C3组钢耐腐蚀性虽然比C1钢好,但仍是有限的,用于泵和阀。
■ C4组别 C4组钢的耐腐蚀性有限,用于机械加工材料,其他方面与C1组钢类似。

主要马氏体不锈钢的化学成分:

不锈钢F1类 -铁素体组织(ferritic)

F1不锈钢可通过加工硬化(冷加工)进行硬化,然而冷加工效果比奥氏体不锈钢的效率低。F1钢总是有磁性的。

当计划可以使用低于A2或A3级的耐腐蚀性材料时,F1级不锈钢可以是一个很好的经济折衷方案。然而,F1级不应在低于-20摄氏度的温度下使用,因为铁素体不锈钢的冲击强度和延展性较差。

主要铁素体不锈钢的化学成分:

不锈钢D类 - 奥氏体-铁素体组织(austenitic-ferritic)

双相不锈钢是铁素体和奥氏体晶粒的混合物,其体积铁素体含量通常为40%至60%。在固溶退火条件下,双相不锈钢的强度明显高于奥氏体不锈钢的,而且强度可以通过冷加工进一步提高,但严重性会降低很多。ISO 3506系列采用了四种双相不锈钢(D2、D4、D6、D8),数字越高,耐蚀性越好。双相不锈钢家族通常描述如下:
低合金含量(特别是镍和钼)的“稀双相”(D2和D4)
标准双相不锈钢 D6
"超双相"D8,合金含量较高

与A1-A5奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢对应力腐蚀开裂的抵抗能力有很大的提高。但在-40℃至+280℃温度范围之外,不建议使用双相不锈钢。
■ D2和D4组别 
D2和D4的钼含量在2%以下,甚至1%以下,为“贫-双相”。对于点蚀和缝隙腐蚀,D2的耐蚀性至少与A2相当,D4的耐蚀性至少与A4相当。

主要双相不锈钢的化学成分:

不锈钢材料的物理性能

下表列出了所选几种不锈钢的物理性能,以供比较。考虑奥氏体钢较高的热膨胀率和较低的导热系数。由于合金含量的关系,其电阻值高于非合金钢。铁素体/马氏体铬钢和铬镍钢的一个重要区别特征是它们的磁化性。与可磁化铬钢相比,奥氏体钢在固溶退火状态下表现出广泛的不可磁化的特性。冷做成形会导致奥氏体钢的结构发生变化,从而限制其磁化能力。镍的含量对奥氏体不锈钢的磁化率有显著影响,因此,较高的镍含量可以在很大程度上抑制不锈钢在冷做成形条件下的磁化率。

不锈钢材料的物理性能:

 

国内常见不锈钢材料的类型及用途

 

国内常见不锈钢材料的类型及用途

 

 

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