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不锈钢材料与其他金属材料的比较

日期:2021-02-18 05:36
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摘要:<p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 不锈钢材料与其他金属材料的比较 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 从经济角度而言,不锈钢材料可以与更高成本的基于镍或钛的工程金属和合金竞争,同时提供适用于各种应用的一系列抗腐蚀性能。它们比大多数聚合物产品(<span lang="EN-US">GRP</span>)具有更好的强度,在使用寿命结束时易于修复和可回收。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 在考虑不锈钢时,*重要的特征是:耐腐蚀(或抗氧化)、机械和物理特性、可用的成形制造和连接技术、环境和材料成本(包括总生命周期成本)、基本的方法是选择尽可能低的成本,但所需的耐腐蚀性。其他考虑因素如强度和淬透性是次要的。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 铬(<span lang="EN-US">Cr</span>)的含量将不锈钢与其他钢材分开。钢材上独特的自修复<span lang="EN-US">“</span>被动<span lang="EN-US">”</span>表层是由于铬。市售等级的铬含量至少约为<span lang="EN-US">11</span>%。这些可以是铁素体或马氏体,取决于碳范围控制。增加铬可以增强抗腐蚀性和抗氧化性,因此<span lang="EN-US">17</span>%<span lang="EN-US">Cr 430</span>(<span lang="EN-US">1.4016</span>)铁素体预计会比<span lang="EN-US">’410S’</span>(<span lang="EN-US">1.4000</span>)型有所改善。类似地,<span lang="EN-US">15</span>%<span lang="EN-US">Cr</span>的马氏体<span lang="EN-US">431</span>(<span lang="EN-US">1.4057</span>)与<span lang="EN-US">12</span>%的<span lang="EN-US">Cr 420</span>(<span lang="EN-US">1.4021 / 1.4028</span>)类型相比,可以预期具有更好的耐腐蚀性。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 超过<span lang="EN-US">20</span>%的铬含量为双相和高合金奥氏体提供了改进的<span lang="EN-US">“</span>水性<span lang="EN-US">”</span>耐腐蚀性,并且也形成了铁素体和奥氏体耐热等级的良好高温抗氧化性的基础,例如相当稀有的铁素体<span lang="EN-US">446</span>(<span lang="EN-US">25</span>%<span lang="EN-US">Cr&nbsp;</span>)或更广泛使用的<span lang="EN-US">25</span>%<span lang="EN-US">Cr</span>,<span lang="EN-US">20</span>%镍(<span lang="EN-US">Ni</span>)奥氏体<span lang="EN-US">310</span>(<span lang="EN-US">1.4845</span>)牌号。除了这个基本的<span lang="EN-US">“</span>规则<span lang="EN-US">”</span>,镍(<span lang="EN-US">Ni</span>)扩大了不锈钢可以<span lang="EN-US">“</span>处理<span lang="EN-US">”</span>的环境范围。添加到<span lang="EN-US">431</span>(<span lang="EN-US">1.4057</span>)马氏体型中的<span lang="EN-US">2</span>%<span lang="EN-US">Ni</span>提高了耐腐蚀性,但其主要目的是改善钢的冲击韧性。在形成双链类型时添加约<span lang="EN-US">4.5</span>%至<span lang="EN-US">6.5</span>%的<span lang="EN-US">Ni</span>。奥氏体的范围从约<span lang="EN-US">7</span>%到超过<span lang="EN-US">20</span>%。然而,耐腐蚀性不仅与镍水平有关。假设具有<span lang="EN-US">8</span>%<span lang="EN-US">Ni</span>的<span lang="EN-US">304</span>(<span lang="EN-US">1.4301</span>)因此具有更好的耐腐蚀性,即只有<span lang="EN-US">5</span>%<span lang="EN-US">Ni</span>的<span lang="EN-US">1.4462</span>双相不锈钢是错误的。<span lang="EN-US"><br /> </span>更具体的合金添加也是为了提高耐腐蚀性的目的。<span lang="EN-US"></span> </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 这些包括钼(<span lang="EN-US">Mo</span>)和氮(<span lang="EN-US">N</span>),用于抗点蚀和缝隙腐蚀。<span lang="EN-US">316</span>型是主要的<span lang="EN-US">Mo</span>轴承奥氏体。许多现有的双相不锈钢牌号都含有<span lang="EN-US">Mo</span>和<span lang="EN-US">N</span>两种添加剂。铜也被用于提高某些<span lang="EN-US">“</span>常见<span lang="EN-US">”</span>的耐腐蚀性,但在硫酸的<span lang="EN-US">“</span>中间<span lang="EN-US">”</span>浓度范围等危险环境中。含铜的牌号包括奥氏体<span lang="EN-US">904L</span>(<span lang="EN-US">1.4539</span>)型和一些<span lang="EN-US">25</span>%<span lang="EN-US">Cr“</span>超级双相<span lang="EN-US">”</span>钢,如<span lang="EN-US">1.4501</span>和<span lang="EN-US">1.4507</span>。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 基本的机械强度随着合金添加量的增加而增加,但各组不锈钢的原子结构差异具有更重要的影响。与其他合金钢一样,只有马氏体不锈钢才能通过热处理硬化。沉淀硬化不锈钢通过热处理得到强化,但对马氏体类型使用不同的机制。非常小的颗粒通过适当的热处理形成,并作为钢基体中的增强剂。铁素体,奥氏体和双相不能通过热处理加强或硬化,但作为强化机制的冷加工程度有不同程度的反应。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 与奥氏体相比,铁素体类型在环境温度下具有有用的机械性能,但延展性有限。由于失去冲击韧性并且在高于约<span lang="EN-US">600</span>℃的高温下丧失强度,它们不适用于低温应用,尽管已经非常成功地用于汽车排气系统等应用。奥氏体类型具有其特有的面心立方体<span lang="EN-US">’fcc’</span>原子排列,具有相当不同的性质。在机械方面,它们在低温下更具延展性和冲击韧性。与其他类型不锈钢的主要物理性能差异在于它们是<span lang="EN-US">“</span>非磁性<span lang="EN-US">”</span>的,即具有较低的相对磁导率,只要它们完全软化即可。与其他不锈钢类型相比,它们的导热系数更低,热膨胀率更高。具有奥氏体和铁素体<span lang="EN-US">“</span>混合<span lang="EN-US">”</span>结构的双相型,具有这些类型的一些性能,但从根本上来说,其机械性能比铁素体或奥氏体型更强。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 不锈钢材料的成形,制造和连接技术,取决于它们的类型和热处理条件,锻造不锈钢可成型和可加工。不锈钢也可以铸造或锻造成形。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 大多数可用的类型和等级可以通过使用适当的<span lang="EN-US">“</span>热<span lang="EN-US">”</span>方法连接,包括焊接,钎焊和焊接。奥氏体适用于涉及扁平产品成形(压制,拉伸,拉伸成形,纺丝等)的广泛应用。尽管铁素体不锈钢和双相不锈钢也适用于这些成形方法,但奥氏体不锈钢的**延展性和加工硬化特性使其成为更好的选择。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 奥氏体类型的成形性通过镍水平来控制。<span lang="EN-US">301</span>(<span lang="EN-US">1.4310</span>)等级的镍含量低,约为<span lang="EN-US">7</span>%,因此在冷加工时会变硬,使其可用于压制<span lang="EN-US">“</span>硬化<span lang="EN-US">”</span>面板。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 相反,约<span lang="EN-US">8.0</span>%的镍含量使得钢材非常适合拉伸成型操作,例如在不锈钢水槽的制造中。深拉拔需要<span lang="EN-US">9.0</span>%左右的镍含量。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 马氏体不易形成,但广泛用于切割刀片的制造。大多数不锈钢类型可以通过常规方法加工,只要允许其强度和加工硬化特性。涉及控制进给和速度以削弱具有良好润滑和冷却系统的加工硬化层的技术通常是足够的。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 在采用高产量体系的情况下,可能需要机械加工等级。在这方面,不锈钢的处理方式与其他合金钢相似,添加硫是<span lang="EN-US">303</span>(<span lang="EN-US">1.4305</span>)等级的传统方法。受控清洁类型现在也可用于增强机械加工性能。 </p> <p class="MsoNormal" style="font-family:宋体;white-space:normal;"> 大多数不锈钢都可以焊接或钎焊,只要在表面处理时加以注意并选择助熔剂以避免在这些热处理过程中自然表面氧化性质成为问题。然而,这种接头的强度和耐腐蚀性与所接合的不锈钢的全部潜力不匹配。为了优化接头强度和耐腐蚀性,大多数不锈钢可以采用多种技术进行焊接。铁素体和双相不锈钢的可焊性很好,而奥氏体类型被分类为极好的焊接。低碳马氏体可以小心焊接,但<span lang="EN-US">17</span>%<span lang="EN-US">Cr</span>,<span lang="EN-US">1</span>%碳,<span lang="EN-US">440</span>种(<span lang="EN-US">1.4125</span>)等牌号不适合焊接。 </p>

不锈钢材料与其他金属材料的比较

从经济角度而言,不锈钢材料可以与更高成本的基于镍或钛的工程金属和合金竞争,同时提供适用于各种应用的一系列抗腐蚀性能。它们比大多数聚合物产品(GRP)具有更好的强度,在使用寿命结束时易于修复和可回收。

在考虑不锈钢时,*重要的特征是:耐腐蚀(或抗氧化)、机械和物理特性、可用的成形制造和连接技术、环境和材料成本(包括总生命周期成本)、基本的方法是选择尽可能低的成本,但所需的耐腐蚀性。其他考虑因素如强度和淬透性是次要的。

铬(Cr)的含量将不锈钢与其他钢材分开。钢材上独特的自修复被动表层是由于铬。市售等级的铬含量至少约为11%。这些可以是铁素体或马氏体,取决于碳范围控制。增加铬可以增强抗腐蚀性和抗氧化性,因此17Cr 4301.4016)铁素体预计会比’410S’1.4000)型有所改善。类似地,15Cr的马氏体4311.4057)与12%的Cr 4201.4021 / 1.4028)类型相比,可以预期具有更好的耐腐蚀性。

超过20%的铬含量为双相和高合金奥氏体提供了改进的水性耐腐蚀性,并且也形成了铁素体和奥氏体耐热等级的良好高温抗氧化性的基础,例如相当稀有的铁素体44625Cr )或更广泛使用的25Cr20%镍(Ni)奥氏体3101.4845)牌号。除了这个基本的规则,镍(Ni)扩大了不锈钢可以处理的环境范围。添加到4311.4057)马氏体型中的2Ni提高了耐腐蚀性,但其主要目的是改善钢的冲击韧性。在形成双链类型时添加约4.5%至6.5%的Ni。奥氏体的范围从约7%到超过20%。然而,耐腐蚀性不仅与镍水平有关。假设具有8Ni3041.4301)因此具有更好的耐腐蚀性,即只有5Ni1.4462双相不锈钢是错误的。
更具体的合金添加也是为了提高耐腐蚀性的目的。

这些包括钼(Mo)和氮(N),用于抗点蚀和缝隙腐蚀。316型是主要的Mo轴承奥氏体。许多现有的双相不锈钢牌号都含有MoN两种添加剂。铜也被用于提高某些常见的耐腐蚀性,但在硫酸的中间浓度范围等危险环境中。含铜的牌号包括奥氏体904L1.4539)型和一些25Cr“超级双相钢,如1.45011.4507

基本的机械强度随着合金添加量的增加而增加,但各组不锈钢的原子结构差异具有更重要的影响。与其他合金钢一样,只有马氏体不锈钢才能通过热处理硬化。沉淀硬化不锈钢通过热处理得到强化,但对马氏体类型使用不同的机制。非常小的颗粒通过适当的热处理形成,并作为钢基体中的增强剂。铁素体,奥氏体和双相不能通过热处理加强或硬化,但作为强化机制的冷加工程度有不同程度的反应。

与奥氏体相比,铁素体类型在环境温度下具有有用的机械性能,但延展性有限。由于失去冲击韧性并且在高于约600℃的高温下丧失强度,它们不适用于低温应用,尽管已经非常成功地用于汽车排气系统等应用。奥氏体类型具有其特有的面心立方体’fcc’原子排列,具有相当不同的性质。在机械方面,它们在低温下更具延展性和冲击韧性。与其他类型不锈钢的主要物理性能差异在于它们是非磁性的,即具有较低的相对磁导率,只要它们完全软化即可。与其他不锈钢类型相比,它们的导热系数更低,热膨胀率更高。具有奥氏体和铁素体混合结构的双相型,具有这些类型的一些性能,但从根本上来说,其机械性能比铁素体或奥氏体型更强。

不锈钢材料的成形,制造和连接技术,取决于它们的类型和热处理条件,锻造不锈钢可成型和可加工。不锈钢也可以铸造或锻造成形。

大多数可用的类型和等级可以通过使用适当的方法连接,包括焊接,钎焊和焊接。奥氏体适用于涉及扁平产品成形(压制,拉伸,拉伸成形,纺丝等)的广泛应用。尽管铁素体不锈钢和双相不锈钢也适用于这些成形方法,但奥氏体不锈钢的**延展性和加工硬化特性使其成为更好的选择。

奥氏体类型的成形性通过镍水平来控制。3011.4310)等级的镍含量低,约为7%,因此在冷加工时会变硬,使其可用于压制硬化面板。

相反,约8.0%的镍含量使得钢材非常适合拉伸成型操作,例如在不锈钢水槽的制造中。深拉拔需要9.0%左右的镍含量。

马氏体不易形成,但广泛用于切割刀片的制造。大多数不锈钢类型可以通过常规方法加工,只要允许其强度和加工硬化特性。涉及控制进给和速度以削弱具有良好润滑和冷却系统的加工硬化层的技术通常是足够的。

在采用高产量体系的情况下,可能需要机械加工等级。在这方面,不锈钢的处理方式与其他合金钢相似,添加硫是3031.4305)等级的传统方法。受控清洁类型现在也可用于增强机械加工性能。

大多数不锈钢都可以焊接或钎焊,只要在表面处理时加以注意并选择助熔剂以避免在这些热处理过程中自然表面氧化性质成为问题。然而,这种接头的强度和耐腐蚀性与所接合的不锈钢的全部潜力不匹配。为了优化接头强度和耐腐蚀性,大多数不锈钢可以采用多种技术进行焊接。铁素体和双相不锈钢的可焊性很好,而奥氏体类型被分类为极好的焊接。低碳马氏体可以小心焊接,但17Cr1%碳,440种(1.4125)等牌号不适合焊接。

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