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不锈钢冷轧生产培训资料不锈钢生产培训资料酒钢不锈钢冷轧项目部2004年7月29日第一部分 不锈钢概述1、不锈钢发展和分类不锈钢具有不锈和耐蚀性并有其他许多优良性能，在各行各业及日常生活中，已获得了广泛而大量的应用不锈钢的不锈性和耐蚀性是相对的大量试验表明，钢在大气、水等弱介质中和在硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含量的提高而增加，当铬含量达到某一数值时，钢的耐蚀性发生突变----从易生锈到不生锈，从不耐蚀到耐腐蚀研究表明，引起腐蚀性发生突变的铬含量，因腐蚀环境和钢中其他元素的不通而有所不同；不锈钢的不锈耐蚀性主要是由于钢的表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成，当铬含量≥12％后钢具有不锈性，因此，不锈钢的铬含量一般均在12％以上，这是不锈钢的一个共同特点当前不锈钢的开发动向，一是节省资源，发展节约稀缺、昂贵元素的钢种；二是开发高性能不锈钢，可在恶劣环境中使用或具有特殊性能属于前者的如低碳超低碳不锈钢、氮铁素体不锈钢、沉淀硬化不锈钢和奥氏体-铁素体双相不锈钢，含氮低碳奥氏体不锈钢，节铬不锈钢等；属于后者的如耐海水不锈钢，高切削性不锈钢，高软磁不锈钢和超纯铁素体型不锈钢等1.1我国不锈钢生产现状我国于1952年开始生产不锈钢，以奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti为主。

此后三十年不锈钢的研制和生产有很大发展，纳入国家标准的钢号约五十种近十于年来发展更为迅速1987年不锈钢的产量比1980年提高了2.6倍为满足军工和化肥等工业的需要研制了多种特殊用途的奥氏体不锈钢和双相不锈钢，使用效果良好高性能的铁素体不锈钢正在开发应用随着AOD、VOD二次精炼装备的陆续建成，低碳和超低碳不锈钢得到了相当的发展不锈钢的轻工产品和厨房设备已进入市场今后在发展不锈钢生产的同时，应着力改善产品结构，提高产品质量，并进一步加快实现由1Cr18Ni9Ti钢向超低碳不锈钢的过渡1.2 不锈钢的涵义和分类⑴ 涵义不锈钢一般系不锈钢和耐酸钢的总称不锈钢系指耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢，而耐酸钢则指耐酸、碱和盐化学浸蚀介质腐蚀的钢不锈钢与耐酸钢在合金化程度上有很大差异，不锈钢虽然具有不锈性，但不一定耐蚀，而耐蚀钢则一般具有较好的不锈性不锈钢具有良好的耐腐蚀性能是由于在铁碳合金中加入了铬所致铬含量各国规定不同，美国以4%为界，日本大于11%，德国不小于10.5%，同时碳含量不大于1.2%，我国不小于12%不锈钢的耐腐蚀性能，一般认为是由于在腐蚀介质的作用下其表面形成“钝化膜”的结果，而耐腐蚀的能力则取决于“钝化膜”的稳定性。

这除了与不锈钢的化学成份有关外，还与腐蚀介质的种类、浓度、温度、压力、流动速度，以及其它因素有关⑵ 分类不锈钢钢种很多，性能又各异，常见的分类方法有：① 按钢的组织结构分，如马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢等② 按钢中的主要化学成分或钢中的一些特征元素来分类，如铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等③ 按钢的性能特点和用途分类，如耐硝酸（硝酸级）不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强度不锈钢等④ 按钢的功能特点分类，如低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等目前常用的分类方法是按钢的组织结构特点和按钢的化学成分特点以及两者相结合的方法来分类例如分为马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、双相钢和沉淀硬化型钢等五大类，或分为铬不锈钢、铬镍不锈钢两大类2、合金元素对不锈钢组织的影响不锈钢的耐蚀性主要是由铬的存在决定的铁-铬二元系是不锈钢的基础添加其他各种合金元素可明显影响和改变合金的组织和性能，从而获得适合于不同用途的各种类型不锈钢2.1铬铬是不锈钢的主要合金元素，对耐蚀性起着决定作用钢中含铬约5%已能明显提高其耐蚀性。

但不锈钢中含铬量通常在12%以上铬是稳定α铁和缩小γ铁相区的元素纯铁的确Ac3点位于910℃，随铬含量增加，Ac3点先下降，在7.5%Cr时为830℃，继而迅速升高Ac3点对纯铁为本1390℃，随铬含量增加而降低，在12～13%Cr时降至约1000℃，这时γ区也就封闭了铬含量小于12%的合金在加热和冷却时发生α≒γ转变；而铬量大于13%的合金则不发生任何相变，整个温度范围内均保持γ相组织，其晶粒度不能通过热处理加以改变在含铬量约45%的合金中，低温时有σ相析出σ相是FeCr化合物，当温度高于820℃时便溶于α相中铁素体铬钢中存在σ相会使钢产生脆性这种脆性常在600～800℃温度范围内长时间保温后出现.碳的存在对状态图有显著影响.它使奥氏体相界移向高铬方面，并扩大了α+γ双相区碳的影响还表现在形成特殊的碳化物随铬含量不同，可形成（Fe，Cr）3C，（Cr，Fe）7C3，（Cr，Fe）23C6等根据碳含量的不同，可把含18%Cr的钢分成三类即小于0.08%C的铁素体钢，0.08—0.22%C的奥氏体-铁素体钢及大于0.22%的奥氏体钢2.2镍镍是奥氏体形成元素，扩大γ相区，形成无限固溶体镍在α铁中最大溶解度约7%，不形成碳化物。

镍增加钢的淬透性，降低临界冷却速度对多数合金凝固温度约为1400—1450℃最大γ温区为900—1300℃可见降低温度使富铁角的γ相区扩大了650℃出现了σ相从γ最大的温度快速冷却至室温的组织，这时的残余奥氏体是一种介稳的或不稳定的奥氏体，容易通过冷加工或进一步冷却发生转变加入2%镍开始有明显扩大γ相区的效果含4%Ni时δ铁素体Q区向高温移动，奥氏体稳定性明显增大，高温淬火后常能获得奥氏体组织；但在650℃左右回火或冷加工时奥氏体易分解含8%Ni以上，γ相区进一步扩大形成一类奥氏体钢，这类钢在高温下溶解的碳化物急冷时可以固溶状态保持下来2.3钼钼是稳定铁素体，缩小γ相区的元素，也是强碳化物形成元素钼显著提高不锈钢的耐蚀性，特别是在还原性介质和含Cl-介质中钼还增加不锈钢的高温强度含钼的18-8型钢已获得广泛应用2.4其他元素锰和镍一样扩大γ相区，形成无限固溶体，是无镍或节镍不锈钢的主要奥氏体化元素在Cr-Mn-N钢中锰有增加氮溶解度的作用 氮也是奥氏体形成元素从经济观点考虑，可用氮代镍以获得奥氏体组织在近年迅速发展的氩氧熔炼中，用氮部分代氩使钢中含氮量已从过去的0.03—0.06%提高到0.06—0.09%。

至于作为合金元素特意加入氮的有0Cr18Ni10N、0Cr17Ni12Mo2N及1Cr17Mn6Ni4N，1Cr18Mn8Ni5N不锈钢，后者同时加入锰和氮代替部分的镍氮在Cr-Mn-N钢中提高钢耐海水点蚀的能力硅是铁素体形成元素，硅提高不锈钢的抗氧化性和在氧化性介质中的耐蚀性铝的作用与硅相似钛和铌缩小γ相区，是强碳化物和氮化物形成元素它们对不锈钢在缓冷或700℃附近保温时碳化铬析出引起的贫铬具有抑制作用但降低一般耐蚀性在某些介质中使焊接件出现刀口腐蚀铜加入不锈钢中可提高其在硫酸，磷酸，盐酸等介质中的耐蚀性，与钼同时加入效果更显著铜对钢的组织无显著影响，但能促进镍形成γ相钨对耐蚀性无影响，主要用于改善奥氏体不锈钢的机械性能硫和磷通常是有害元素但有时可用来改善不锈钢的切削性能3、奥氏体不锈钢3.1奥氏体不锈钢的化学组成及种类奥氏体不锈钢是铬、镍等元素在γ Ｆｅ中形成的间隙固溶体，为了使铬镍钢保持完全奥氏体组织，钢中的镍含量应不少于下列经验公式的数值Ｎｉ(%)=1.1(Ｃｒ+Ｍｏ+1.5Ｓｉ+1.5Ｎｂ)-0.5Ｍｎ-30Ｃ-8.2钢中加钛和铌是为防止晶间腐蚀，加钼可提高Ｃｒ Ｎｉ不锈钢在硫酸及氯化物中的腐蚀性能。

由于钼是形成铁素体的元素，为了使钢保持纯奥氏体组织，需相应地提高钢的含镍量奥氏体不锈钢按其组成可分为Ｃｒ Ｎｉ系奥氏体不锈钢和Ｃｒ Ｍｎ Ｎ系(含Ｃｒ Ｍｎ Ｎｉ Ｎ)奥氏体不锈钢Ｃｒ Ｎｉ系奥氏体不锈钢按Ｃｒ、Ｎｉ的含量又可分为三组：即18 8型：如304不锈钢；18 12型：如316不锈钢；镍铬奥氏体中的镍，用锰和氮部分或全部取代之，即组成Ｃｒ Ｍｎ Ｎ或Ｃｒ Ｍｎ Ｎｉ Ｎ系奥氏体不锈钢奥氏体钢的主要特点是，在室温下具有无磁性的奥氏体组织，钢的屈强比低，塑性好，焊接性能良好，易于冶炼及铸锻热成形；其成分特点是含有较高的铬(≥18%)、镍(8%～25%)及其它提高耐蚀性的元素(如钼、铜、硅、铌、钛等)因此，奥氏体类不锈钢不但有良好的耐蚀性，而且还有良好的力学性能和工艺性能，从而在机械设备上获得了广泛的应用3.2奥氏体不锈钢的工艺性能⑴　焊接性能奥氏体不锈钢与其它各类不锈钢相比，有着较好的焊接性能，对氢脆也不敏感，可用各种焊接方法顺利地对工件进行焊接或补焊工件在焊前无需预热，若无特殊要求，焊后也可不进行热处理奥氏体不锈钢在焊接工艺上应注意焊缝金属的热裂纹在焊接热影响区的晶界上析出铬的碳化物以及焊接残余应力。

对于热裂纹，可采用含适量铁素体的不锈钢焊条焊接，能取得良好的效果对于要接触易产生局部腐蚀的介质的工件，焊后应尽可能地进行热处理，以防发生晶间腐蚀、应力腐蚀开裂和其它局部腐蚀⑵　铸造性能奥氏体不锈钢的铸造性能比马氏体和铁素体不锈钢好这类钢中的18 8型钢的铸造收缩率一般为2%～2.5%；18 12Ｍｏ型钢的铸造收缩率一般约为2.8%左右在这类钢中，含钛的奥氏体不锈钢，其铸造性能比不含钛者要差，易使铸件产生夹杂，冷隔等铸造缺陷含氮的奥氏体不锈钢(如ＺＧＣｒ18Ｍｎ8Ｎｉ4Ｎ)铸造时气孔敏感性较大，在冶炼、铸造工艺上都必须采取防护措施，严格烘烤炉料，采用干型，并严格控制出钢温度和浇注温度等合金元素(如铬、镍、钼、铜等)含量高的奥氏体不锈钢(如ＺＧ1Ｃｒ24Ｎｉ20Ｍｏ2Ｃｕ3)在铸造时，铸件(特别是形状较复杂的厚大铸件，以及长管状铸件)易产生裂纹，严重者甚至出现开裂因此，必须在铸造工艺、冶炼工艺上采取特别的措施⑶　锻造性能奥氏体不锈钢的锻造工艺比较复杂，尤其是合金元素(特别是钼或硅元素)含量高的奥氏体不锈钢更为复杂因其热导率低、膨胀系数大，锻造加热需缓慢进行，否则工件内外温差大，会产生裂纹这类钢的加工硬化效应很大，锻造时形变阻力很大，使锻造困难。

这种阻力随温度的升高而降低所以，在不致同时引起对塑性有害的铁素体(α相)析出的情况下，应适当的提高加热温度通常，奥氏体不锈钢所采用的锻造工艺是：始锻温度1150～1200℃，终锻温度为825～950℃对含钼和硅较高的18－8型钢，其锻造的最高温度不应超过1150℃，终锻温度不能低于925℃奥氏体不锈钢中，即使存在少量铁素体，也将给锻造带来困难，铁素体小岛处，容易产生裂纹⑷　切削性能奥氏体不锈钢的切削性能较差，切削加工时，加工硬化倾向大，即使不太大的变形也会引起金属强烈硬化此外，由于这类钢韧性高，切削加工时易产生粘刀现象以及形成长切屑，使加工条件变坏因此加工这类钢需采用小的进刀量3.3奥氏体不锈钢的热处理奥氏体不锈钢的热处理有三种形式：固溶热处理、稳定化热处理、消除应力热处理⑴　固溶热处理这是奥氏体不锈钢主要的热处理形式，就是将钢加热到1000～1100℃的高温，经保温后使碳化物、σ相等分解、固溶，可以得到成分均匀的单一的奥氏体组织，然后水淬，使高温的稳定奥氏体一直保持到常温，称为固溶热处理这种处理的铬镍奥氏体不锈钢，其硬度最低，韧性、塑性最高，耐蚀性能最好，是最佳的使用状态固溶处理温度的选择随钢含碳量而异，对于含碳量较高的钢以及含有提高σ相存在上限温度的元素(如钼、硅等)的钢，其固溶处理的温。