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材料学知识

不锈钢常按组织状态分为:马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁素体(双相)不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。

另外,可按成分分为:铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。

铁素体不锈钢含铬15%~30%。

其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高,耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢,属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25,Cr25Mo3Ti、Cr28等。

铁素体不锈钢因为含铬量高,耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好,但机械性能与工艺性能较差,多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。

这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀,并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点,用于硝酸及食品工厂设备,也可制作在高温下工作的零件,如燃气轮机零件等。

奥氏体不锈钢含铬大于18%,还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。

综合性能好,可耐多种介质腐蚀。

奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。

0Cr19Ni9钢的Wc<0.08%,钢号中标记为“0”。

这类钢中含有大量的Ni和Cr,使钢在室温下呈奥氏体状态。

这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性能和无磁或弱磁性,在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好,用来制作耐酸设备,如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等,另外还可用作不锈钢钟表饰品的主体材料。

奥氏体不锈钢一般采用固溶处理,即将钢加热至1050~1150℃,然后水冷或风冷,以获得单相奥氏体组织。

兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点,并具有超塑性。

奥氏体和铁素体组织奥氏体- 铁素体双相不锈钢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著提高,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。

沉淀硬化不锈钢基体为奥氏体或马氏体组织,沉淀硬化不锈钢的常用牌号有04Cr13Ni8Mo2Al等。

其能通过沉淀硬化(又称时效硬化)处理使其硬(强)化的不锈钢。

马氏体不锈钢强度高,但塑性和可焊性较差。

马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等,因含碳较高,故具有较高的强度、硬度和耐磨性,但耐蚀性稍差,用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上,如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。

这类钢是在淬火、回火处理后使用的。

锻造、冲压后需退火。

不锈钢的耐蚀性随含碳量的增加而降低,因此,大多数不锈钢的含碳量均较低,最大不超过1.2%,有些钢的ωc(含碳量)甚至低于0.03%(如00Cr12)。

不锈钢中的主要合金元素是Cr(铬),只有当Cr含量达到一定值时,钢材有耐蚀性。

因此,不锈钢一般Cr(铬)含量至少为10.5%。

不锈钢中还含有Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo、Si、Cu等元素。

沉淀硬化型不锈钢具有很好的成形性能和良好的焊接性,可作为超高强度的材料在核工业、航空和航天工业中应用。

按成分可分为Cr系(400系列)、Cr-Ni系(300系列)、Cr-Mn-Ni(200系列)、耐热铬合金钢(500系列)及析出硬化系(600系列)。

200系列:铬-锰-镍华业不锈钢201,202等:以锰代镍,耐腐蚀性比较差,国内广泛用作300系列的廉价替代品300系列:铬-镍奥氏体不锈钢301:延展性好,用于成型产品。

也可通过机械加工使其迅速硬化。

焊接性好。

抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。

302:耐腐蚀性同304,由于含碳相对要高因而强度更好。

303:通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。

304:通用型号;即18/8不锈钢。

产品如:耐蚀容器、餐具、家俱、栏杆、医疗器材。

标准成分是18 % 铬加8 % 镍。

为无磁性、无法借由热处理方法来改变其金相组织结构的不锈钢。

GB牌号为0Cr18Ni9。

304 L:与304 相同特性,但低碳故更耐蚀、易热处理,但机械性较差适用焊接及不易热处理之产品。

304 N:与304 相同特性,是一种含氮的不锈钢,加氮是为了提高钢的强度。

309:较之304有更好的耐温性,耐温高达980℃。

309 S:具多量铬、镍,故耐热、抗氧化性佳,产品如:热交换器、锅炉零组件、喷射引擎。

310:高温耐氧化性能优秀,最高使用温度1200℃。

316:继304之后,第二个得到最广泛应用的钢种,主要用于食品工业、钟表饰品、制药行业和外科手术器材,添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。

由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。

SS316则通常用于核燃料回收装置。

18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。

316 L:低碳故更耐蚀、易热处理,产品如:化学加工设备、核能发电机、冷冻剂储糟。

321:除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外,其他性能类似304。

347:添加安定化元素铌,适于焊接航空器具零件及化学设备。

400系列:铁素体和马氏体不锈钢,无锰,一定程度上可替代304不锈钢408:耐热性好,弱抗腐蚀性,11%的Cr,8%的Ni。

409:最廉价的型号(英美),通常用作汽车排气管,属铁素体不锈钢(铬钢)。

410:马氏体(高强度铬钢),耐磨性好,抗腐蚀性较差。

416:添加了硫改善了材料的加工性能。

420:“刃具级”马氏体钢,类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。

也用于外科手术刀具,可以做的非常光亮。

430:铁素体不锈钢,装饰用,例如用于汽车饰品。

良好的成型性,但耐温性和抗腐蚀性要差。

440:高强度刃具钢,含碳稍高,经过适当的热处理后可以获得较高屈服强度,硬度可以达到58HRC,属于最硬的不锈钢之列。

最常见的应用例子就是“剃须刀片”。

常用型号有三种:440A、440B、440C,另外还有440F(易加工型)。

500系列:耐热铬合金钢。

600系列:马氏体沉淀硬化不锈钢。

国际不锈钢标示方法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,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。

②铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。

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。

④双相(奥氏体-铁素体),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专利名称或商标命名。

4).标准的分类和分级4-1分级分类:①国家标准GB ②行业标准YB ③地方标准④企业标准Q/CB4-2 分类:①产品标准②包装标准③方法标准④基础标准4-3 标准水平(分三级):Y级:国际先进水平I级:国际一般水平H级:国内先进水平4-4国标GB1220-84 不锈棒材(I级)GB4241-84 不锈焊接盘园(H级)GB4356-84 不锈焊接盘园(I级)GB1270-80 不锈管材(I级)GB12771-91 不锈焊管(Y级)GB3280-84 不锈冷板(I级)GB4237-84 不锈热板(I级)GB4239-91 不锈冷带(I级)1.常用的金属和合金材料的防腐性能和用途大致如下:①Cr18Ni9Ti不锈钢(或称镍铬不锈钢),能耐大气、水、强氧化性酸、有机酸、30%以下的碱液及氯氧化物,不耐非氧化性酸(硫酸、盐酸),大量用于仪表作一般防腐材料。

②Cr18Ni12Mo2Ti不锈钢(或称钼2钛不锈钢),耐硫酸和氯化物的腐蚀,它比Cr18Ni9Ti 不锈钢好,但不耐盐酸,可作镍的代用品,可耐高浓度碱及氯氧化物的腐蚀,可作为调节阀的阀座、阀芯,涡轮流量变送器、差压及压力变送器的测量机构和膜片材料;③Ni70Cu30合金(或称蒙乃尔合金),因含镍量高,除了有良好的耐碱性外,耐非氧化性酸,特别对氯氟酸具有良好的耐腐性,但不耐强氧化性酸和溶液,可作为调节阀、变送器的测量机构、膜片等耐腐材料;④镍铬铁钼合金(哈氏合金),哈氏B含有钼26%—30%R,哈氏C含有铬14%—16%,能耐盐酸、硫酸、硝酸以及其他各种酸类,也耐碱和氢氧化物的腐蚀,可作为调节阀和仪表测量机构及膜片材料;⑤Ni76Cr16Fe7合金(因考耐尔合金),因含镍量高,主要用于高温耐碱和硫化物的材料,可用作调节阀的防腐材料;⑥钛(titanium)及钛合金,能耐氯化物和次氯酸、温氯、氧化性酸、有机酸和碱等的腐蚀,但因价格较贵,一般作为仪表防腐镀层和薄层衬里;⑦钽(tantalum (Ta)),其耐腐性能和下班相似,除了氢氟酸、氟、发烟硫酸、碱外,几乎能作仪表防腐膜片。

2. 普通不锈钢的耐腐性如何?不锈钢是含铬11%以上,同时含镍的钢种通称,它在常温氧化环境中(如大气、水、强氧化性酸等)容易纯化,使表面产生一层以氧化铬(Cr2O3)为主,保护性很强的薄膜,其腐蚀率极低,因此得“不锈钢”之名。

但当温度增高或环境氧化能力减少时,将由钝态变为活态,腐蚀显著增大。

各类不锈钢对有机酸、有机化合物、碱、中性溶液和多种气体都有良好的耐腐性。

在非氧化性酸中(硫酸、盐酸等)腐蚀严重。

常为局部腐蚀,当处于纯态和活态边缘,在含有卤素离子的盐溶液中会产生蚀孔。

3.仪表防腐蚀常用的非金属材料有哪几种?它们的耐腐蚀性能如何?①塑料类:有酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树指、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、玻璃、氯化聚醚、聚苯硫醚、ABS塑料、聚三氟氯乙烯和聚四氟乙烯等。

可作仪表和调节阀壳体材料,其中以三氟氯乙烯和聚四氟乙烯在仪表防腐上应用最广,适用于200℃以下,耐酸、碱、硫化物的腐蚀,由于价贵,一般作为涂层和衬里。

②橡胶类:分天然橡胶和合成橡胶两种,其中合成橡胶品种很多,耐腐与耐温性能以氟橡胶为最优,因价贵,常用作密封垫圈,其余橡胶都作为变送器及调节阀的内衬。

③玻璃和陶瓷类:都是以二氧化硅为主的熔化或煅烧制品,具有很好的耐腐性。

品种很多,用于强腐蚀环境的品种有高铝玻璃、硼玻璃(后者耐酸性和耐热性更好),耐酸陶瓷除了氢氟酸和含氟的一些其他物质及浓热碱液外,几乎能耐所有腐蚀介质,包括浓热硝酸、盐酸、王水、盐溶液、有机溶液等。

其主要缺点是:强度低、热导率低、热膨胀系数较大、易碎裂,适用于300℃以下作调节阀、测量变送器衬里,或喷涂于仪表内壁作防腐层,如分析仪器的采样器,也可作在0.6Mpa 以下低压情况下的测温保护套管(管壁不超过3mm)。

4.聚四氟乙烯塑料的耐蚀性能四氟乙烯塑料英文简写PTFE,有时也叫Teflon(美国杜邦公司的商标)。

它是塑料中化学性奶最稳定的一种材料,能耐沸腾的盐酸、硫酸(浓度98%及发烟硫酸稍差)、硝酸、王水、浓碱和各种有机溶剂,所以有塑料王之称。

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