奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢在高温和室温下均以奥氏体为初相。

一种稳定的奥氏体结构钢含有18%左右的Cr, 8% ~ 10%的Ni和0.1%左右的c。铬镍奥氏体不锈钢包括我们最熟悉的18Cr-8Ni不锈钢(TP304)以及通过增加Cr、Ni含量和添加Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素而发展出来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢的特点是无磁性,塑性和延展性高,但强度低。只有通过冷加工才能强化(通过添加S、Ca、Se、Te等,奥氏体不锈钢才能具有优异的切削性能)。

等级:304/L/H/LN、316/L/H/LN/Ti/LMod、310S/H、317/L、321/H、347H/HFG

规格:

  • ASTM A312无缝、焊接和重度冷加工奥氏体不锈钢管标准规范
  • ASTM A790无缝和焊接铁素体/奥氏体不锈钢管标准规范
  • 锅炉、过热器和热交换器用无缝铁素体和奥氏体合金钢管狗万滚球官网
  • ASME SA249焊接奥氏体钢锅炉、过热器、热交换器和冷凝器管的标准规范
  • ASME SA789焊接奥氏体钢锅炉、过热器、热交换器和冷凝器管的标准规范

奥氏体钢是一种非磁性不锈钢,含有高含量的铬和镍,低含量的碳。奥氏体钢以其可成形性和耐腐蚀性而闻名,是最广泛使用的不锈钢等级。

特点:

  • 优异的耐腐蚀性
  • 适用于冷加工或热加工
  • 高塑性和延展性
  • 最佳综合性能
  • 应用范围广泛

还有第五种特殊类型的沉淀硬化钢。


常用牌号奥氏体不锈钢发展示意图

钢的分子结构

它们之间的根本区别在于它们的晶体结构。钢是铁和碳的合金。在常温下,原子结构是一个立方体,每个角上有一个钢原子,立方体中心有一个原子。

这被称为“铁素体”,顺便说一下,它是磁性的。

当加热到约900℃时,结构发生了变化,每个表面的中心都有一个原子。这是奥氏体结构,是非磁性的。

普通钢逐渐冷却后又恢复为铁素体结构。如果你快速冷却它,它会采用另一种结构,碳原子在一个方向上排列。这是马氏体钢,在其“淬火”条件下是硬但脆的,通常需要进一步处理才能使用。


316L Mod室温和高温强度曲线图

奥氏体钢的化学成分

符合美国钢铁协会的年级 C马克斯。 Si马克斯。 Mn max。 Cr “透明国际” 艾尔 V
301 0.15 1.00 2.00 16日至18日 6 - 8
302 0.15 1.00 2.00 17日至19日 8 - 10
304 0.08 1.00 2.00 -20 - 17.5 8 - 10.5
310 0.25 1.50 2.00 24 - 26日 19日至22日
316 0.08 1.00 2.00 16日至18日 10 - 14 2.0 - -3.0
321 0.08 1.00 2.00 17日至19日 9 - 12 5 x %C min。
347 0.08 1.00 2.00 17日至19日 卖地 10 x %C min。
E 1250 0.1 0.5 6.0 15.0 10.0 0.25
20/25-Nb 0.05 1.0 1.0 20.0 25.0 0.7
一个286 0.05 1.0 1.0 15.0 26.0 1.2 ~ 1.9 ~ 0.18 ~ 0.25
254 smo 0.02 0.8 1.0 18.5 - -20.5 17.5 - -18.5 6 - 6.5 ~ 1.9 ~ 0.18 ~ 0.25
AL-6XN 0.03 1.0 2.0 20 - 22 23.5 - -25.5 6 - 7
术语表

退火

退火是一种将钢加热到略高于其再结晶温度的温度,并允许其以适当的速度冷却的过程——通常是缓慢的——使晶体重新形成,而不会因“加工”钢而引起缺陷。

退火可以恢复钢的延展性和耐腐蚀特性。

硬质合金沉淀

当钢的碳含量较高时,它在冷却时倾向于与铬结合——在900到500摄氏度之间形成碳化铬。这减少了形成被动层的铬的数量,并创建了易被腐蚀性化学品接触的晶间边界。

这可以通过使用低碳钢的变体(以“L”命名,例如304L或316L)来克服。

然而,较低的碳含量会降低钢在高温下的性能。如果需要耐碳化物沉淀和高温强度,那么添加钛可能是解决方案。这种形式有许多等级可供选择,例如316Ti。

抗蠕变强度

钢在高温下的性能与在常温下的性能有很大不同。当它们在环境温度下弯曲到低于屈服点时,它们就会弹回来。在高温下,它们开始拉伸,但非常缓慢。有些钢比其他钢更能抵抗这种现象。

晶粒尺寸

钢是由铁晶体晶格和其他物质的原子交织而成的。这些晶体叫做颗粒。

晶粒尺寸很重要,因为它影响加工、硬度、强度和耐腐蚀性等。

晶粒尺寸可以通过添加其他合金元素来确定,也可以通过仔细调节钢生产中涉及的加热和冷却过程,以及在初始生产、焊接或对钢进行“加工”后进一步热处理(退火和淬火)来确定。

晶间腐蚀

金属中的原子排列成彼此紧密排列的晶体(或晶粒)。在某些条件下,腐蚀会破坏晶界而不是晶体本身。

当含有较高比例碳的不锈钢被加热时,铬可以与碳反应形成碳化铬,从而耗尽保护表面的被动铬层。

被动层

被动层是使不锈钢“不锈”的原因。它是一层极薄的氧化铬,氧无法穿透,非常坚硬,本身耐腐蚀,几乎是透明的。这可以防止氧气和其他腐蚀性物质到达铁并与它发生反应。

铬很容易与氧气反应,结果是,如果它被划伤,它会自我修复,只要有自由的氧气可用。

点状腐蚀

这是一种非常局部的腐蚀形式,特别是在高氯化物条件下,如海洋环境中出现。钢的被动层中最初的缺口不能通过氧化铬的重整来“修复”。这个缺口下面的钢材继续腐蚀,除了表面上有轻微的表面染色(有时称为“茶渍”)之外,通常没有留下明显的迹象,但在表面以下继续加深和变宽。

当局部化时,它会导致钢的整个横截面的渗透。

铬、钼、氮含量高,抗点蚀能力强。抗点蚀程度可计算为%铬+ 3.5 x %钼+ 16 x %氮,得到抗点蚀当量数(PREN)。

316的PERN在22.6 - 27.9之间。一些双相钢的pren超过40。在某些等级中给出的数字的跨度是有关化学品的数量规格的结果,具有最大和最小数字。

沉淀硬化

也称为时效硬化,是一种用于增加抗拉强度的过程。合金首先被提高到一个温度,使a产生一个单相,所有的溶质原子溶解并均匀分布。然后快速淬火,然后再加热到较低的温度,并将其保持在预定的温度一段时间。在此温度下,沉淀物可以均匀分布地聚集在一起。在这个过程的这个阶段,正确的温度和持续时间是至关重要的。如果温度保持太长时间,将导致过大的团块,降低合金的强度。这就是所谓的“过度衰老”。

敏化作用

敏化是碳化物沉淀的过程-见上文。

西格玛相脆。

当某些不锈钢被加热到540C以上时,会发生相变。这导致韧性的急剧丧失,并可能导致脆性断裂。

稳定

稳定是去除或保护钢不敏化的过程,敏化是碳化物沉淀的危险,可导致应力腐蚀开裂(SCC)。

有两种常用的方法。低碳变体可以使用;它们本质上更稳定,但在更高的温度下表现不佳。

另一种方法是用钛、铌(有时仍称为钶)合金化钢,从而使其化学稳定。这两种物质都很容易形成碳化物,从而保存了铬。

然而,如果将其保持在425oC至850oC的碳化物形成温度范围内,这可能不足以稳定钢。如果这种情况发生在制造过程中,问题通常可以通过在较高温度下退火来逆转。

应力腐蚀开裂(SCC)

应力腐蚀开裂发生在化学物质攻击合金的晶间边界时。当金属受到拉伸应力时,一般具有延展性的材料会突然失效。由于腐蚀只发生在晶界处,因此很可能不被注意到,因为金属通常会保持明显正常的表面外观。

加工硬化

加工硬化是一个术语,适用于在低于金属再结晶温度的温度下对钢所做的任何工作。

这项工作包括任何类型的挤压、弯曲、切割/剪切或拉伸。

这些过程会导致金属晶体结构的扭曲,降低它们在金属内部移动的能力,使其更能抵抗进一步的变形。

硬化可以是优点,也可以是缺点。

  • 它增加抗拉强度和硬度
  • 降低延展性,使钢更脆。

通过退火可以恢复晶体结构。

奥氏体不锈钢是最常见和最广为人知的不锈钢类型。它们占不锈钢总产量的70%以上。这些钢含有约16%至25%的铬和足够的镍和/或锰,以在从低温区到不锈钢熔点的所有温度下保持奥氏体结构。奥氏体不锈钢的溶液中也含有氮。虽然镍是最常用于生产奥氏体不锈钢的合金元素,但氮也可用于生产奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢因其非磁性而更容易识别。奥氏体钢是无磁性的,因为奥氏体的面心立方结构是无磁性的。它们具有极强的可成形性和可焊接性,可以成功地应用于从低温到喷气发动机和炉膛的红热温度。

奥氏体不锈钢主要分为以下两个系列

  • 200系列-低镍和高氮含量的不锈钢被归类为200系列。这些是铬镍锰奥氏体不锈钢。201级可通过冷加工硬化,而202级是通用不锈钢。降低镍含量和增加锰含量导致耐蚀性较弱。
  • 300系列-最常见的奥氏体不锈钢是铁铬镍钢,被广泛称为300系列。在这个系列中,最广泛使用的奥氏体不锈钢是304级,也称为18/8,因为它的成分是18%的铬和8%的镍。该系列中第二常见的奥氏体不锈钢是316级,也称为海洋级不锈钢,主要用于提高耐腐蚀性。典型的成分是18%铬和10%镍,通常被称为18/10不锈钢,常用于餐具和高质量的炊具。

除了上述两个系列外,还有超级奥氏体不锈钢牌号,由于钼含量高(> %)和氮添加量高,具有很强的抗氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能。与300系列不锈钢相比,更高的镍含量确保了更好的抗应力腐蚀开裂性能。超级奥氏体钢的高合金含量使其更加昂贵。

直不锈钢的含碳量不超过0.08%。在这些等级中,规范中没有最低碳的要求。

“L”级用于焊接后提供额外的耐腐蚀性。不锈钢等级后面的字母“L”表示低碳(如304L)。碳含量保持在0.03%或以下,以避免碳化物析出。钢中的碳,当加热到所谓的临界温度范围(430℃至870℃)时析出,与铬结合并聚集在晶界上。这剥夺了钢在溶液中的铬,促进了晶界附近的腐蚀。通过控制碳的数量,这是最小化。对于焊接性,使用“L”等级。然而,“L”级更贵。此外,碳在高温下具有很强的物理强度。

“H”级含有最低0.04%的碳,最高0.10%的碳,在钢级后用字母“H”表示。“H”级主要用于极端温度,因为较高的碳有助于材料在极端温度下保持强度。

奥氏体不锈钢也可分为以下三类。

  • 贫合金——铬含量低于20%和镍含量低于14%的不锈钢就属于这一类。这些合金的例子有301、304和201级。这些是所有生产的不锈钢中最大的一部分。这些不锈钢通常用于高强度或高成形性是主要目标,因为这些不锈钢的奥氏体稳定性较低,但可定制,提供了很大的工作硬化率和良好的延展性。更丰富的不锈钢(如305级)和最小的加工硬化是高合金钢。通用不锈钢(304级)属于这一类。这类不锈钢具有足够的耐腐蚀性,可用于任何室内或室外环境。这些不锈钢易于焊接和成形,可以被赋予许多有吸引力和有用的表面处理。
  • 铬镍合金-这些不锈钢用于耐高温氧化。硅和稀土可以增强这一点。如果应用需要高温强度,可以添加碳、氮、铌和钼。不锈钢等级302B, 309, 310, 347和各种专有合金属于这一组。
  • 铬,钼,镍和氮不锈钢-这些不锈钢用于耐腐蚀的主要目的。添加硅和铜等元素以抵抗特定环境。这组不锈钢包括316L, 317L和904L,以及许多专有等级。

所有奥氏体不锈钢都含有少量铁素体。传统的奥氏体不锈钢牌号可能含有微量的delta铁素体,以改善焊接性。通常这种数量的铁氧体不足以吸引普通磁铁。然而,如果钢中元素的平衡有利于谱的铁素体端,那么铁素体的数量就有可能足以引起显著的磁响应。此外,一些类型的不锈钢是故意平衡有大量的铁氧体。

不锈钢的性能

奥氏体不锈钢无磁性,不能热处理。它们不能通过热处理而变硬。然而,它们可以冷加工以提高硬度、强度和抗应力性。溶液退火(在1000℃到1200℃范围内加热,然后淬火或快速冷却)恢复不锈钢的原始状态,包括消除合金偏析和冷加工后重新建立延展性。不锈钢可以进行溶液退火。由于溶液退火,碳化物可能在晶界处析出(或移动),通过退火过程被放回溶液(分散)到金属基体中。“L”级用于焊接后退火不实际的地方。

奥氏体不锈钢可以做得足够软(即屈服强度约为200n /平方毫米),用与碳钢相同的工具很容易形成,但它们可以通过冷加工变得非常坚固,屈服强度超过2000n /平方毫米。他们的奥氏体(fcc,面心立方)结构在绝对温度下非常坚韧和延展性。它们也不会像铁素体(bcc,体心立方)铁基合金那样在高温下迅速失去强度。

奥氏体不锈钢等级是最常用的等级,主要是因为它们具有非常可预测的耐腐蚀性和优异的机械性能。最不耐腐蚀的版本可以承受人们所经历的日常环境的正常腐蚀攻击,而最耐腐蚀的等级甚至可以承受沸腾的海水。

奥氏体不锈钢具有良好的成形性和焊接性,以及优异的韧性,特别是在低温或低温下。奥氏体品位也具有较低的屈服应力和相对较高的抗拉强度。它们具有优异的耐腐蚀性和优异的高温拉伸和蠕变强度。

奥氏体不锈钢不是很坚固的材料。通常它们的0.2%抗拉应力约为250 N/平方毫米,抗拉强度在500到600 N/平方毫米之间,这表明这些钢具有大量的加工硬化能力,这使得工作比低碳钢更加困难。然而,奥氏体不锈钢具有非常好的延展性,拉伸试验中伸长率约为50%。

奥氏体不锈钢也具有很高的耐高温氧化性,因为其表面有保护膜,但通常牌号在高温下强度较低。321和347级Ti和Nb稳定的钢,可以热处理产生TiC或NbC的精细分散,与蠕变过程中产生的位错相互作用。最常用的合金之一是添加钛或铌的25Cr20Ni合金,在高达700℃的温度下具有良好的蠕变强度。

奥氏体不锈钢在很宽的温度范围内具有延展性,从低温到蠕变温度。它们不表现脆性断裂。它们在低温下的抗拉强度很高。它们可以通过冷成形硬化到高强度。

奥氏体不锈钢比铁素体不锈钢更不耐循环氧化,因为其更大的热膨胀系数往往会导致保护性氧化涂层剥落。如果在耐腐蚀性不足的环境中使用,它们可能会出现应力腐蚀开裂(SCC)。疲劳耐久极限仅为拉伸强度的30%左右(铁素体不锈钢为50% - 60%)。这与它们的高热膨胀系数相结合,使它们特别容易受到热疲劳的影响。然而,这些限制的风险可以通过采取特别的预防措施来避免。

奥氏体不锈钢的显著特征是,随着铬和钼含量的增加,以增加特定性能,通常耐腐蚀性,如果要保留奥氏体结构,必须添加镍或其他奥氏体稳定剂。

退火状态下的拉伸性能与成分关系密切,这不足为奇。0.2%的屈服强度适用于奥氏体不锈钢。

奥氏体不锈钢从冶金学的角度来看有许多优点。它们的性能包括良好的耐腐蚀性。他们可以被磨砺。它们可以很容易地加工和制造到严格的公差。它们表面光滑,易于清洁和消毒。从低温到高温,它们都是耐温的。

奥氏体不锈钢牌号

奥氏体不锈钢分为200和300系列,铬含量为16%至30%,镍含量为2%至20%,用于增强表面质量、成形性、提高耐腐蚀性和耐磨性。奥氏体不锈钢热处理后不能硬化。由于其优异的成形性和耐腐蚀性,这些钢是最受欢迎的不锈钢生产等级。所有奥氏体钢在退火条件下都是非磁性的。根据成分的不同,一些奥氏体在冷加工时确实具有一定的磁性。奥氏体用于汽车饰件、炊具、食品饮料设备、加工设备以及各种工业应用。

不锈钢的耐腐蚀性主要由铬含量决定。奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性,添加钼的不锈钢具有更好的抗点蚀性能。奥氏体不锈钢中的镍含量有助于降低腐蚀速率,特别是在酸性环境中。然而,奥氏体等级易受氯化物应力腐蚀开裂(SCC)的影响,即使在中等温度下,也不建议用于结合拉伸应力和氯化物存在的应用。高碳奥氏体等级在某些高温暴露(包括焊接)后容易发生晶间腐蚀。对于需要焊接的应用,建议采用焊后热处理或选择低碳或稳定等级,如304L、316L和321型。

304和304L(标准级):

  • 坦克
  • 腐蚀性液体的储存容器和管道
  • 采矿、化工、低温、食品饮料、制药设备
  • 餐具
  • 体系结构

309和310(高铬和镍级):

  • 炉、窑、催化转化器组件

318和316L(高钼含量等级):

  • 化学储罐、压力容器和管道

321和316Ti(“稳定”等级):

  • 道上
  • 超级加热器
  • 补偿器
  • 膨胀波纹管

200系列(低镍级):

  • 洗碗机和洗衣机
  • 餐具和炊具
  • 室内水箱
  • 室内和非结构建筑
  • 餐饮设备
  • 汽车零部件
奥氏体不锈钢的特性

奥氏体钢是一种非磁性不锈钢,含有高含量的铬和镍,低含量的碳。奥氏体钢以其可成形性和耐腐蚀性而闻名,是最广泛使用的不锈钢等级。

铁素体钢具有体心立方(BCC)晶粒结构,但不锈钢的奥氏体范围由其面心立方(FCC)晶体结构定义,该结构在立方体的每个角和每个面中间都有一个原子。当向合金中加入足够数量的镍时,这种晶粒结构就形成了——在标准的18%铬合金中加入8%到10%的镍。

除了无磁性外,奥氏体不锈钢也不能热处理。然而,它们可以冷加工以提高硬度、强度和抗应力性。溶液退火加热到1045°C,然后淬火或快速冷却,将恢复合金的原始状态,包括消除合金偏析和在冷加工后重新建立延性。

镍基奥氏体钢分为300系列。其中最常见的是304级,通常含有18%的铬和8%的镍。

为了将所有铁素体完全转化为奥氏体,在含18%铬的不锈钢中可以添加8%的最低镍量。对于316级,钼也可以添加到约2%的水平,以提高耐腐蚀性。

虽然镍是最常用于生产奥氏体钢的合金元素,但氮提供了另一种可能性。低镍和高氮含量的不锈钢被分类为200系列。然而,由于它是一种气体,在产生有害影响之前,只能添加有限数量的氮气,包括形成氮化物和气体孔隙度,从而削弱合金。

锰的加入,也是奥氏体的前身,结合氮气的包裹,可以添加更多的气体。因此,这两种元素,以及铜(也具有奥氏体形成特性),经常被用来取代200系列不锈钢中的镍。

200系列——也被称为铬锰(CrMn)不锈钢——是在20世纪40年代和50年代开发的,当时镍供不应求,价格很高。它现在被认为是300系列不锈钢的一种具有成本效益的替代品,可以提供额外的好处,提高屈服强度。

直级奥氏体不锈钢的最大碳含量为0.08%。低碳等级或“L”级含有0.03%的最大碳含量,以避免碳化物析出。

奥氏体钢在退火条件下是无磁性的,尽管冷加工时它们会有轻微的磁性。它们具有良好的成形性和焊接性,以及优异的韧性,特别是在低温或低温下。奥氏体品位也具有较低的屈服应力和相对较高的抗拉强度。

虽然奥氏体钢比铁素体不锈钢更昂贵,但它们通常更耐用和耐腐蚀。

镍稳定了这些钢的奥氏体结构,限制了它们的广泛使用,因为镍增加了这些不锈钢的成本。


奥氏体不锈钢的使用

其他钢可以以较低的成本提供类似的性能,在某些应用中是首选,例如ASTM A387用于压力容器,但它是一种低合金碳钢,铬含量为0.5%至9%。低碳版本,例如316L或304L,以避免焊接引起的腐蚀问题。在需要生物相容性的地方(如身体植入物和穿孔),首选316LVM级。

奥氏体不锈钢等级是最常用的等级,主要是因为它们具有非常可预测的耐腐蚀性和优异的机械性能。明智地使用它们可以为产品设计师节省大量成本。这些钢是用户友好的金属合金,完全制造产品的生命周期成本低于许多其他材料。

奥氏体不锈钢是那些通常用于不锈钢应用的钢。奥氏体不锈钢的一些应用包括以下方面。

  • 厨房的水池
  • 建筑应用,如屋顶和覆层
  • 室内装饰
  • 屋顶和排水沟
  • 门窗
  • 厨具,餐具和炊具
  • 长凳和食物准备区
  • 食品加工设备
  • 热交换器
  • 烤箱及炉具部件
  • 化学的坦克

超级奥氏体不锈钢

超级奥氏体不锈钢含有高水平的铬和高水平的镍,并添加钼和氮。其结果是一系列奥氏体,比传统的300系列不锈钢更坚固,具有优越的抗点蚀,裂缝腐蚀和应力腐蚀开裂性能。

超级奥氏体不锈钢

超级奥氏体不锈钢定义为耐点蚀当量数(PREN=[Cr]+3.3[Mo]+16[N])≥40%的Cr- ni不锈钢。在含Cl-的强腐蚀介质中,比Mo > % Cr-Ni奥氏体不锈钢具有更好的抗氯化物点蚀和缝隙腐蚀性能

成绩:

特点:

规格:

切削加工性能

加工硬化产生坚硬的表面和硬屑,这反过来又导致缺口磨损。它还会产生粘连,并产生堆积边缘(BUE)。它的相对可加工性为60%。硬化条件可以撕裂涂层和基材从边缘,导致碎片和不良的表面光洁度。奥氏体产生坚韧、长而连续的切屑,很难折断。添加S改善了可加工性,但降低了耐腐蚀性。


S30432超超临界锅炉管断裂强度曲线

使用正面几何图形的锐利边缘。

切下工作硬化层。

保持切割深度恒定。在加工时产生大量的热量。