金属材料学：5不锈耐蚀钢.ppt

Chapter 5 不锈耐蚀钢不锈耐蚀钢主主 要要 内内 容容5.1钢的耐蚀性钢的耐蚀性5.2不锈耐蚀钢的组织不锈耐蚀钢的组织5.3不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性5.4铁素体不锈钢铁素体不锈钢 5.5奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢5.6马氏体不锈钢马氏体不锈钢 5.7高强度不锈钢高强度不锈钢 重点及基本要求重点及基本要求•掌握金属腐蚀的概念、提高耐腐蚀的基本掌握金属腐蚀的概念、提高耐腐蚀的基本途径、合金元素对耐腐蚀性能的影响；途径、合金元素对耐腐蚀性能的影响；•掌握常见各种不锈钢的成分、热处理、性掌握常见各种不锈钢的成分、热处理、性能及用途等特点；能及用途等特点；•重点是合金元素对耐腐蚀性能的影响；重点是合金元素对耐腐蚀性能的影响；•难点是不同合金元素对耐蚀钢组织、性能难点是不同合金元素对耐蚀钢组织、性能的交互作用的交互作用5.1 钢的耐蚀性 一、金属腐蚀的基本概念 1、化学腐蚀、化学腐蚀 金属和化学介质直接发生化学反应造成的金属和化学介质直接发生化学反应造成的腐蚀称腐蚀称化学腐蚀化学腐蚀 如铁在高温下的氧化：如铁在高温下的氧化： 4Fe+3O2→Fe2O3 Fe+2H2O→Fe(OH)2+H2↑ 这种反应不产生腐蚀电流，在反应表面形这种反应不产生腐蚀电流，在反应表面形成一层化学生成物。

成一层化学生成物5.1 5.1 钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性2、、 电化学腐蚀电化学腐蚀•电化学腐蚀是金属腐蚀更重要更普遍的形式，它是由于不电化学腐蚀是金属腐蚀更重要更普遍的形式，它是由于不同金属或金属的不同相之间，电极电位不同，构成原电池同金属或金属的不同相之间，电极电位不同，构成原电池而产生的而产生的•用硝酸酒精浸蚀碳钢能显示珠光体就是这一原理由于用硝酸酒精浸蚀碳钢能显示珠光体就是这一原理由于Fe3C的电极电位较高，的电极电位较高，α-Fe的电极电位较低，当有导线的电极电位较低，当有导线连通时即构成原电池，导线中有电流通过这时在阳极上连通时即构成原电池，导线中有电流通过这时在阳极上α-Fe的原子变成离子进入溶液：的原子变成离子进入溶液： Fe →→Fe++++3e 电子则通过导线到达阴极电子则通过导线到达阴极Fe3C在阴极上在阴极上Fe3C将电子传将电子传导给酸性介质中的导给酸性介质中的H+离子，变成氢气逸出：离子，变成氢气逸出： 3 H+＋＋3e=1.5H2↑↑ 原电池不断进行的结果，是原电池不断进行的结果，是α-Fe被腐蚀，被腐蚀，H+离子被还原，离子被还原，Fe3C不被腐蚀。

这种原电池腐蚀由于是在显微组织之间不被腐蚀这种原电池腐蚀由于是在显微组织之间产生的，故称为微电池腐蚀产生的，故称为微电池腐蚀 （1）电化学腐蚀的特点•有液体介质、金属或相之间有电位差、并连通或接触、有电流产生，阳极金属溶解 •在腐蚀开始后，由于在阳极形成钝化膜，在阴极产生电子堆积阳极电位向正方向变化，产生阳极极化；阴极电位向负的方向变化，产生阴极极化，这种电极电位的变化称为极化一切增强阳极极化或阴极极化的因素，都提高金属的耐蚀性5.1 5.1 钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性（2）金属电化学腐蚀的形式•有一般腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀和应力腐蚀等有一般腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀和应力腐蚀等•对不锈钢来说，后三者是不允许的对不锈钢来说，后三者是不允许的•对于一般腐蚀，根据不同使用条件对耐腐蚀性提出不同指对于一般腐蚀，根据不同使用条件对耐腐蚀性提出不同指标：标： ①①不锈钢：在大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢不锈钢：在大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢 腐蚀速度＜腐蚀速度＜0.01mm/年，完全耐蚀；腐蚀速度＜年，完全耐蚀；腐蚀速度＜0.1mm/年，耐蚀；腐蚀速度＞年，耐蚀；腐蚀速度＞0.1mm/年，不耐蚀。

年，不耐蚀 ②②耐蚀钢：在各种强腐蚀介质中耐蚀的钢耐蚀钢：在各种强腐蚀介质中耐蚀的钢 腐蚀速度＜腐蚀速度＜0.1mm/年，完全耐蚀；腐蚀速度＜年，完全耐蚀；腐蚀速度＜1.0mm/年，耐蚀；腐蚀速度＞年，耐蚀；腐蚀速度＞1.0mm/年，不耐蚀年，不耐蚀5.1 5.1 钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性二、成分和环境对钢耐蚀性的影响 1、提高钢的耐蚀性途径、提高钢的耐蚀性途径•提高基体的电极电位，来降低原电池电动提高基体的电极电位，来降低原电池电动势；势； •使钢具有单相组织，减少微电池的数量；使钢具有单相组织，减少微电池的数量； •使钢表面生成稳定的表面保护膜，如钢中使钢表面生成稳定的表面保护膜，如钢中加硅、铝、铬等加硅、铝、铬等5.1 5.1 钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性2、成分对钢耐蚀性的影响、成分对钢耐蚀性的影响（（1）碳）碳 •碳能强烈地稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力为镍碳能强烈地稳定奥氏体，稳定奥氏体的能力为镍的的30倍；倍；•碳与铬能形成一系列碳化物，使不锈钢的耐蚀性碳与铬能形成一系列碳化物，使不锈钢的耐蚀性受到严重影响；受到严重影响； （（2）铬）铬•是提高钝化膜稳定性的必要元素：是提高钝化膜稳定性的必要元素：Cr＞＞10-12%，合金的钝化能力显著提高；摩尔分数量，合金的钝化能力显著提高；摩尔分数量提高到提高到12.5%、、25%、、37.5%，合金在硝酸，合金在硝酸中的腐蚀速度都相应有一个突然降低。

中的腐蚀速度都相应有一个突然降低•当铬含量当铬含量(原子比原子比)达到达到1/8,2/8…时，铁的电极时，铁的电极电位就跳跃式地增加，耐蚀性也随之而提高电位就跳跃式地增加，耐蚀性也随之而提高5.1 5.1 钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性（（3）镍）镍•提高钢的耐蚀性，在提高钢的耐蚀性，在非氧化性的硫酸非氧化性的硫酸中更为显著中更为显著摩尔分数为摩尔分数为12.5%和和25%时，耐蚀性明显提高时，耐蚀性明显提高•镍是镍是γ稳定化元素，镍能有效地降低稳定化元素，镍能有效地降低Ms点，使奥氏点，使奥氏体能保持到很低的温度体能保持到很低的温度 （（4）锰）锰•提高铬不锈钢在提高铬不锈钢在有机有机酸酸如醋酸、甲酸等中的耐蚀性，如醋酸、甲酸等中的耐蚀性，比镍更有效比镍更有效•锰是镍的代用品，是锰是镍的代用品，是γ稳定化元素；锰在奥氏体不稳定化元素；锰在奥氏体不锈钢中部分替代锈钢中部分替代Ni，，2%Mn相当相当1％％Ni 5.1 5.1 钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性（（5）钼）钼•提高不锈钢的钝化作用和耐蚀性，可提高不锈钢的钝化作用和耐蚀性，可阻止点蚀阻止点蚀 （（6）硅）硅•提高钢在提高钢在盐酸、硫酸和高浓度硝酸盐酸、硫酸和高浓度硝酸中的耐蚀性。

中的耐蚀性•在不锈钢中加入在不锈钢中加入2-4%的的Si，提高耐蚀性提高耐蚀性7）钛、铌）钛、铌 •钛和铌是强的碳化物形成元素，可优先于铬同碳钛和铌是强的碳化物形成元素，可优先于铬同碳形成碳化物，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性形成碳化物，防止晶间腐蚀，提高耐蚀性 5.1 5.1 钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性3、环境对不锈钢耐蚀性的影响、环境对不锈钢耐蚀性的影响•大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质，固溶体中大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质，固溶体中Cr含量含量＞＞10-12%，就能保证不锈就能保证不锈•氧化性酸氧化性酸如硝酸等，如硝酸等，Cr含量＞含量＞16%的钢，才有较的钢，才有较高的钝化能力高的钝化能力•非氧化性酸非氧化性酸如稀硫酸等，需要加入如稀硫酸等，需要加入Ni、、Mo、、Cu等，等，提高耐蚀性提高耐蚀性•盐酸中不锈耐蚀钢也不耐蚀盐酸中不锈耐蚀钢也不耐蚀，一般采用，一般采用Ni-Mo合金•强强有机酸中有机酸中，一般，一般Cr和和Cr-Ni不锈钢难以钝化，加不锈钢难以钝化，加入入Mo、、Cu、、Mn等，提高耐蚀性等，提高耐蚀性•在含在含Cl的介质中，加的介质中，加Mo提高抗点蚀的能力。

提高抗点蚀的能力 5.1 5.1 钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性钢的耐蚀性作业：作业：1 化学腐蚀和电化学腐蚀的概念化学腐蚀和电化学腐蚀的概念2 提高耐蚀性的基本途径有哪些？提高耐蚀性的基本途径有哪些？3 合金元素对钢的耐蚀性有何影响？合金元素对钢的耐蚀性有何影响？思考题：思考题：1 不同环境下，如何提高钢的耐蚀性？不同环境下，如何提高钢的耐蚀性？5.2 不锈耐蚀钢的组织 一、一、Cr-Mn系不锈钢系不锈钢1、Fe-Cr-Mn相图见图5-91000℃时，单相γ相区仅溶解14%Cr2 Cr-Mn-C-N钢中的组织：v要获得单相γ，所需最少的C、N与钢中Cr之间的关系为： C+N=0.078[Cr-12.5]vN在钢中的溶解度取决于氮化物形成元素Cr和Mn在钢中的含量： N=1/100[Cr+Mn]5.2 5.2 不锈耐蚀钢的组织不锈耐蚀钢的组织二、Cr-Ni系不锈钢v更多的合金元素可归纳为铬更多的合金元素可归纳为铬,镍当量对不锈钢组织的影响镍当量对不锈钢组织的影响 v铬铬,镍当量可由下列公式计算：镍当量可由下列公式计算： v铬当量由铁素体形成元素来确定：铬当量由铁素体形成元素来确定： Cr当量当量 = (Cr)+2(Si)+1.5(Mo)+5(V)+5.5(Al)+1.75(Nb)+1.5(Ti)+0.75(W) v镍当量由奥氏体形成元素确定：镍当量由奥氏体形成元素确定： Ni当量当量=(Ni)+(Co)+0.5(Mn)+0.3(Cu)+25(N)+30(C) 以上各元素均为重量百分比。

以上各元素均为重量百分比 v根据上述计算式算出的铬根据上述计算式算出的铬,镍当量数，在镍当量数，在图图5-10中求得其交中求得其交点，根据交点所在相区，确定钢的相组成点，根据交点所在相区，确定钢的相组成5.2 5.2 不锈耐蚀钢的组织不锈耐蚀钢的组织三、不锈钢的分类三、不锈钢的分类 1、按化学成分分、按化学成分分 铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰不锈钢等铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰不锈钢等 2、按金相组织分、按金相组织分 马氏体、铁素体、奥氏体、奥氏体马氏体、铁素体、奥氏体、奥氏体-铁素体铁素体不锈钢和沉淀硬化不锈钢不锈钢和沉淀硬化不锈钢 5.2 5.2 不锈耐蚀钢的组织不锈耐蚀钢的组织思考题：思考题：•判断判断Cr-Mn系和系和Cr-Ni系不锈钢室温组织的系不锈钢室温组织的方法5.2 5.2 不锈耐蚀钢的组织不锈耐蚀钢的组织5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性 一、奥氏体不锈钢的晶间腐蚀一、奥氏体不锈钢的晶间腐蚀§奥氏体不锈钢在热硝酸（浓度奥氏体不锈钢在热硝酸（浓度50-65%）、含铜盐）、含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸中产生晶间腐蚀和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸中产生晶间腐蚀。

1、晶间腐蚀产生的原因、晶间腐蚀产生的原因（（1）由钢中的碳引起的由钢中的碳引起的§如如图图5-12在在550-800℃℃范围内停留会引起晶间范围内停留会引起晶间腐蚀，以腐蚀，以650℃℃左右最敏感左右最敏感§在晶界上析出连续网状富铬的在晶界上析出连续网状富铬的Cr23C6引起晶界周引起晶界周围基体产生贫碳区，围基体产生贫碳区，Cr低于低于12%，在许多介质中，在许多介质中没有钝化能力，贫铬区成为微阳极而发生腐蚀没有钝化能力，贫铬区成为微阳极而发生腐蚀5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性（（2））σσ相相在晶界析出也会造成晶间腐蚀在晶界析出也会造成晶间腐蚀§固溶的固溶的Mo和和Ti促进促进σ相在晶界析出，在晶界相在晶界析出，在晶界产生贫铬区产生贫铬区3）钢中氮含量钢中氮含量§N＞＞0.16%，沿晶界析出，沿晶界析出Cr2N，增加晶间腐，增加晶间腐蚀倾向4）在氧化性介质中，奥氏体不锈钢经固溶）在氧化性介质中，奥氏体不锈钢经固溶处理也会发生晶间腐蚀处理也会发生晶间腐蚀§在热的浓硝酸加重铬酸盐溶液中，经在热的浓硝酸加重铬酸盐溶液中，经1050℃℃固溶处理后，杂质元素固溶处理后，杂质元素P和和Si在晶界偏聚。

在晶界偏聚5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性2、消除晶间腐蚀的方法、消除晶间腐蚀的方法（（1）在敏化温度范围长期加热，通过铬的扩）在敏化温度范围长期加热，通过铬的扩散消除贫铬区散消除贫铬区2）降低奥氏体不锈钢中的碳含量降低奥氏体不锈钢中的碳含量C≤0.03%，没有晶间腐蚀发生如，没有晶间腐蚀发生如00Cr18Ni10钢3）加入强碳化物形成元素）加入强碳化物形成元素Ti和和Nb，形成，形成稳定的稳定的TiC或或NbCTi或或Nb在钢中的含量分别为：在钢中的含量分别为：0.8%≥Ti≥5（（C-0.02））1.0%≥Nb≥10（（C-0.02））5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性（（4）钢中有）钢中有10-50%体积的体积的δ铁素体，可改善铁素体，可改善奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向 δ铁素体在铁素体在500-800℃℃发生相间沉淀，发生相间沉淀，Cr23C6在在δ/γ相界相界δ一侧析出呈点状，排除一侧析出呈点状，排除了在奥氏体晶界析出了在奥氏体晶界析出Cr23C6，且，且δ相内铬的相内铬的扩散系数比扩散系数比γ相内高相内高103倍，不致产生贫铬倍，不致产生贫铬区。

区5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性二、不锈钢的应力腐蚀二、不锈钢的应力腐蚀1、不锈钢应力腐蚀的介质特点、不锈钢应力腐蚀的介质特点§引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质特点是引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质特点是含有氯离子随含有氯离子随Cl-浓度升高，应力腐蚀破浓度升高，应力腐蚀破断时间缩短断时间缩短§在微酸性在微酸性FeCl2、、MgCl2溶液中，氧促进应溶液中，氧促进应力腐蚀；在力腐蚀；在PH＜＜4-5的酸性介质中，的酸性介质中，H+浓浓度愈高，应力腐蚀破断时间缩短；在度愈高，应力腐蚀破断时间缩短；在PH＞＞4-5时，加入时，加入NO3-、、I-及醋酸盐可抑制应力及醋酸盐可抑制应力腐蚀5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性2、应力对应力腐蚀的影响、应力对应力腐蚀的影响§只有张应力只有张应力？？才会引发应力腐蚀在温度才会引发应力腐蚀在温度恒定时，应力愈大，则破断时间愈短如恒定时，应力愈大，则破断时间愈短如图图5-14§实际应力与屈服强度的比值愈大，应力腐实际应力与屈服强度的比值愈大，应力腐蚀敏感度愈高蚀敏感度愈高5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性3、温度对应力腐蚀的影响、温度对应力腐蚀的影响§ 温度愈高，应力腐蚀破断时间愈短。

温度愈高，应力腐蚀破断时间愈短 含含Cl-的水溶液中，的水溶液中，80℃℃以上才有应力腐蚀以上才有应力腐蚀4、组织对应力腐蚀的影响、组织对应力腐蚀的影响§Cr=15-28%的铁素体不锈钢对的铁素体不锈钢对Cl-引起的应力腐引起的应力腐蚀不敏感蚀不敏感§Cr18Ni9型奥氏体不锈钢对应力腐蚀敏感型奥氏体不锈钢对应力腐蚀敏感§含铁素体的复相不锈钢有低的应力腐蚀敏感度含铁素体的复相不锈钢有低的应力腐蚀敏感度§在不稳定奥氏体不锈钢中，形变引起的马氏体对在不稳定奥氏体不锈钢中，形变引起的马氏体对应力腐蚀有害应力腐蚀有害5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性5、化学成分对应力腐蚀的影响、化学成分对应力腐蚀的影响§Ni（（Ni＞＞45%不产生应力腐蚀）、不产生应力腐蚀）、C、、Si（（2-4%）、）、Cu（（2%）降低应力腐蚀敏感度；）降低应力腐蚀敏感度；§N（＜（＜0.04%）、）、Cr、、Mo、、P、、As、、Sb、、Bi、、Al、、S促进应力腐蚀敏感度促进应力腐蚀敏感度 5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性6、应力腐蚀的机理、应力腐蚀的机理§应力腐蚀是应力和电化学腐蚀共同作用的结果，应力腐蚀是应力和电化学腐蚀共同作用的结果，是滑移溶解机制。

是滑移溶解机制§张应力引起位错沿滑移面运动移出表面，形成滑张应力引起位错沿滑移面运动移出表面，形成滑移台阶，破坏了表面钝化膜，裸露的台阶若来不移台阶，破坏了表面钝化膜，裸露的台阶若来不及修补成完整的钝化膜，就会发生阳极溶解，形及修补成完整的钝化膜，就会发生阳极溶解，形成蚀坑，并继续发展，形成腐蚀裂缝，最后导致成蚀坑，并继续发展，形成腐蚀裂缝，最后导致穿晶断裂穿晶断裂§层错能影响位错滑移方式，从而影响应力腐蚀敏层错能影响位错滑移方式，从而影响应力腐蚀敏感度层错能高的钢易于交滑移，引起滑移台阶感度层错能高的钢易于交滑移，引起滑移台阶小，钝化膜不易破坏，应力腐蚀敏感度低小，钝化膜不易破坏，应力腐蚀敏感度低 如如NiNi和和C C，增高层错能增高层错能5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性三、不锈钢的点腐蚀三、不锈钢的点腐蚀§不锈钢在含Cl-介质中表面会出现点状凹坑腐蚀，成为点腐蚀§不锈钢中的夹杂物、晶界析出相、晶界等是点腐蚀容易发生的地点 如MnS处，易在有机酸中溶解，形成点腐蚀源§提高Cr和加Mo和N（＞0.3%）减少点腐蚀倾向5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性作业：作业：1、请举出、请举出3种工程上常见的腐蚀类型及腐蚀过程。

种工程上常见的腐蚀类型及腐蚀过程 思考题：思考题：1、什么是不锈钢中的、什么是不锈钢中的n/8定律，它与不锈钢的晶间定律，它与不锈钢的晶间腐蚀有什么关系？腐蚀有什么关系？ 2、分析、分析18-8不锈钢产生晶间腐蚀的原因和阻止方不锈钢产生晶间腐蚀的原因和阻止方法 5.3 5.3 不锈耐蚀钢的腐蚀特性不锈耐蚀钢的腐蚀特性5.4 铁素体不锈钢铁素体不锈钢 v由Fe-Cr相图可知，由于铬稳定α相的作用，在铬含量到达13％时，铁铬合金将无γ相变，从高温到低温一直保持α铁素体又由于铬量到达12％能耐蚀，故这类铁素体钢就成为铁素体不锈钢 v铁素体不锈钢的耐蚀性和抗氧化性均较好，特别是抗应力腐蚀性能较好，但机械性能（屈服强度比奥氏体不锈钢高，但冲击韧性低及工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构和作抗氧化钢使用5.4 5.4 铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢一、铁素体不锈钢的钢种和类型一、铁素体不锈钢的钢种和类型 （（1））Cr13型型 如如0Cr13、、0Cr13Al 等，常用作耐热钢；等，常用作耐热钢； （（2））Cr16-19型型 如如Cr17、、Cr17Ti、、Cr17Mo1Nb等，可耐大气、淡等，可耐大气、淡水、稀硝酸介质腐蚀。

水、稀硝酸介质腐蚀 （（3））Cr25-28型型 如如Cr25Ti、、Cr26Mo1、、Cr28等，是耐强腐蚀介质的等，是耐强腐蚀介质的耐酸钢 5.4 5.4 铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢二、铁素体不锈钢的脆性二、铁素体不锈钢的脆性 高铬铁素体钢的缺点是脆性大，其原因主要是：高铬铁素体钢的缺点是脆性大，其原因主要是：（（1）粗大的原始晶粒）粗大的原始晶粒v这类钢铸态下组织粗大，不能通过加热冷却过程中这类钢铸态下组织粗大，不能通过加热冷却过程中的相变来细化，只能通过压力加工来碎化；的相变来细化，只能通过压力加工来碎化；v铁素体由于原子扩散快，有低的晶粒粗化温度和高铁素体由于原子扩散快，有低的晶粒粗化温度和高的晶粒粗化速率；的晶粒粗化速率；600℃℃以上开始粗化，奥氏体不以上开始粗化，奥氏体不锈钢为锈钢为900℃℃v解决办法：生产中将终锻温度或终轧温度控制在解决办法：生产中将终锻温度或终轧温度控制在750℃℃或更低的温度；向钢中加少量钛，以或更低的温度；向钢中加少量钛，以Ti（（C、、N）阻止晶粒长大；增加铁素体不锈钢中在高温的）阻止晶粒长大；增加铁素体不锈钢中在高温的奥氏体量，来控制晶粒粗化。

奥氏体量，来控制晶粒粗化 5.4 5.4 铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢（（2））σ相相v按按Fe-Cr相图，相图，45％％Cr在在820℃℃开始形成开始形成σ相但实际生产中，由于铬钢中的显微偏析，但实际生产中，由于铬钢中的显微偏析，17％％Cr的不锈钢就有可能形成的不锈钢就有可能形成σ相σ相具有高相具有高的硬度的硬度(HRC68以上以上)，常常沿晶界分布，故引，常常沿晶界分布，故引起很大的脆性，并可能促进晶间腐蚀起很大的脆性，并可能促进晶间腐蚀 5.4 5.4 铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢（（3））475℃℃脆性脆性 v高铬钢中，当含高铬钢中，当含Cr>15%时，在时，在400～～500℃℃温度范温度范围长时间加热后或在此温度范围内缓冷时，钢在室围长时间加热后或在此温度范围内缓冷时，钢在室温下变得很脆这个现象尤以温下变得很脆这个现象尤以475℃℃加热最甚，因加热最甚，因而这种脆性被称为而这种脆性被称为475℃℃脆性 v475℃℃加热时，铁素体内的铬原子趋于有序化，形加热时，铁素体内的铬原子趋于有序化，形成许多富铬的铁素体成许多富铬的铁素体(80%Cr、、20%Fe)，它们与母相，它们与母相保持共格关系，引起晶格畸变和内应力，此时，钢保持共格关系，引起晶格畸变和内应力，此时，钢的强度升高，冲击韧性降低。

的强度升高，冲击韧性降低4）钢中含有）钢中含有C、、N、、O等杂质及夹杂物，如等杂质及夹杂物，如图图5-16 5.4 5.4 铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢三、铁素体不锈钢的热处理 v铁素体不锈钢平衡组织为铁素体＋铬的碳化铁素体不锈钢平衡组织为铁素体＋铬的碳化物v碳化物析出时容易产生点腐蚀和晶间腐蚀，碳化物析出时容易产生点腐蚀和晶间腐蚀，为了获得成分均匀的铁素体组织，减少碳化为了获得成分均匀的铁素体组织，减少碳化物析出，消除晶间腐蚀倾向，以及消除物析出，消除晶间腐蚀倾向，以及消除σ相析相析出和出和475℃℃脆性，铁素体不锈钢在热轧后常采脆性，铁素体不锈钢在热轧后常采用淬火、回火或退火热处理工艺用淬火、回火或退火热处理工艺 5.4 5.4 铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢作业：作业：1 铁素体不锈钢的典型钢种有哪些，主要应用铁素体不锈钢的典型钢种有哪些，主要应用是什么？是什么？2 铁素体不锈钢脆性大的原因是什么？如何消铁素体不锈钢脆性大的原因是什么？如何消除脆性？除脆性？思考题：思考题：1、铁素体不锈钢的、铁素体不锈钢的475℃℃是怎么产生的，如何是怎么产生的，如何消除？消除？ 5.4 5.4 铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢5.5 5.5 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢•奥氏体不锈钢是含有铬和较多的稳定奥氏奥氏体不锈钢是含有铬和较多的稳定奥氏体元素镍、锰、氮，使用状态为奥氏体的体元素镍、锰、氮，使用状态为奥氏体的一种不锈钢。

一种不锈钢•它耐蚀性高，而且具有高的塑性、韧性和它耐蚀性高，而且具有高的塑性、韧性和低温韧性，易于加工成形为各种形状的钢低温韧性，易于加工成形为各种形状的钢材，具有良好的焊接性能、无磁性等是材，具有良好的焊接性能、无磁性等是用量最大的一类不锈钢，约占不锈钢总产用量最大的一类不锈钢，约占不锈钢总产量的量的2/3•奥氏体不锈钢是以奥氏体不锈钢是以18％％Cr-8%Ni为典型为典型成分而发展起来的成分而发展起来的18％％Cr-8%Ni含量含量正好处于奥氏体有利于形成的成分范围正好处于奥氏体有利于形成的成分范围 5.5 5.5 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢一、典型钢种、性能及应用 1、Cr-Ni系不锈钢•典型钢种典型钢种:0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni11Nb、00Cr18Ni10、00Cr17Ni7Cu2、00Cr17Ni8SiCu2•含Ni高的不锈钢Ms点低，在极低温下保持单相奥氏体组织，具有良好的塑性和韧性，做液氮或更低温度液体的压力容器5.5 5.5 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢•影响影响Cr18Ni9型不锈钢强度和断面收缩率的表达式如下：型不锈钢强度和断面收缩率的表达式如下：σs（（MPa））=67.8+493N+354C+20Si+3.7Cr+14.5Mo+18.5V+4.5W+40Nb+26.2Ti+12.6Al+2.46δ+7.1d-1/2σb（（MPa））=447+847N+539C+37Si+1.7Ni+18.5Mo+77Nb+46.2Ti+18.5Al+2.2δ+12.6 t-1/2 元素为其质量分数；元素为其质量分数；δ为铁素体的体积分数；为铁素体的体积分数；d为晶粒平为晶粒平均截距（均截距（mm）；）；t为孪晶间平均距离（为孪晶间平均距离（mm）。

•铁素体形成元素的强化效应大于奥氏体形成元素铁素体形成元素的强化效应大于奥氏体形成元素如如图图5-17））•ψ=77+0.81Si+0.94Mn+1.3Cu+1.6Al-0.2Ni-6.6Nb+0.99 t-1/2-1.0 d-1/22、、Cr-Mn-N系、系、Cr-Mn-Ni-N系不锈钢系不锈钢•典型钢种：典型钢种：1Cr17Mn13N、、1Cr18Mn8Ni5N•N的固溶强化使钢具有较高的屈服强度、塑的固溶强化使钢具有较高的屈服强度、塑性和韧性，性能优于性和韧性，性能优于Cr18Ni9型适用于型适用于要求耐蚀的同时又要求较高的屈服强度的要求耐蚀的同时又要求较高的屈服强度的零部件5.5 5.5 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢3、亚稳奥氏体不锈钢、亚稳奥氏体不锈钢•典型钢种：典型钢种： 1Cr18Ni8、、1Cr18Ni8Mo、、Cr15Mn14N•在冷变形时发生部分马氏体转变，使钢在冷作硬化在冷变形时发生部分马氏体转变，使钢在冷作硬化基础上又加上马氏体强化基础上又加上马氏体强化•影响影响Ms和和Md点的统计经验方程为：点的统计经验方程为： Ms=1305-61.1Ni%-41.7Cr%-33.3Mn%-27.8Si%-1667（（C+N）） Md=413-9.5Ni%-13.7Cr%-8.1Mn%-9.2Si%-18.5Mo-462（（C+N））•用来制作不锈弹簧，采用零下温度轧制和低温回火。

用来制作不锈弹簧，采用零下温度轧制和低温回火5.5 5.5 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢4、、Cr-Ni-Mo-Cu系系•典型钢种：典型钢种： 1Cr18Ni12Mo3Ti、、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、、0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti、、00Cr18Ni14Mo2Cu2等•适用于在非氧化性酸中工作的部件适用于在非氧化性酸中工作的部件5、、Cr-Ni-Mo-N系系•典型钢种：典型钢种： 00Cr22Ni22Mo2.5N、、00Cr22Ni6Mo3N、、Cr22Ni26Mo5Ti、、Cr26Mo4等•用于在含卤族元素离子介质中，抗点腐蚀的钢，也用于耐用于在含卤族元素离子介质中，抗点腐蚀的钢，也用于耐海水腐蚀的海洋设备上海水腐蚀的海洋设备上6、、Cr-Ni-Si系系•典型钢种：典型钢种： 0Cr18Ni14Si4•用于抗应力腐蚀用钢用于抗应力腐蚀用钢5.5 5.5 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢二、奥氏体不锈钢的平衡组织及热处理 •18-8型奥氏体不锈钢平衡态组织为奥氏体＋铁素体＋碳型奥氏体不锈钢平衡态组织为奥氏体＋铁素体＋碳化物复相组织，实际的单相奥氏体是通过固溶处理获得的。

化物复相组织，实际的单相奥氏体是通过固溶处理获得的 •该类钢在高温有一个含碳量较宽的奥氏体相区，碳在奥氏该类钢在高温有一个含碳量较宽的奥氏体相区，碳在奥氏体中溶解度随温度沿体中溶解度随温度沿ES线变化缓冷时沿线变化缓冷时沿ES线碳以合金线碳以合金碳化物的形式析出碳化物的形式析出,主要为主要为(Cr,Fe)23C6缓冷至SK线以线以下还要发生下还要发生γ→→α相变，部分相变，部分γ转变为转变为α，故平衡态时，故平衡态时18-8奥氏体钢在室温下的组织是奥氏体钢在室温下的组织是γ+α+C当加热到当加热到ES线以线以上时，上时，(Cr,Fe)23C6等又可完全溶入奥氏体，经淬火就可等又可完全溶入奥氏体，经淬火就可获得碳、合金等元素在获得碳、合金等元素在γ相中过饱和的固溶体相中过饱和的固溶体 •固溶处理时的加热温度必须高于碳化铬的溶解温度固溶处理时的加热温度必须高于碳化铬的溶解温度 5.5 5.5 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢作业：作业：•奥氏体不锈钢有哪几种系列，典型钢号是什么，主要应用如何？5.6 马氏体不锈钢马氏体不锈钢  马氏体不锈钢含12--18％Cr, 和铁素体不锈钢相比，其成分特点是：v铬的上限含量较低；还含有一定量的碳和镍等γ相稳定化元素。

这类高铬钢在加热时有较多或完全的γ相出现；又因γ稳定化元素含量不多，Ms点在室温以上，故淬火冷却能产生马氏体, 因此称为马氏体类不锈钢 v这类钢的耐蚀性、塑性、焊接性较奥氏体、铁素体不锈钢要差，但由于它有较好的机械性能和耐蚀性的结合，所以是机械工业中广泛使用的一类钢用于制造机械零件、医用手术工具、测量工具、不锈轴承、弹簧等 5.6 5.6 马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢一、典型钢种、成分和应用一、典型钢种、成分和应用 1、低碳的、低碳的13％％Cr钢钢 如如1Cr13、、2Cr13，可用于制造汽轮机叶片、抗弱，可用于制造汽轮机叶片、抗弱腐蚀介质并承受冲击的零件，如螺栓、螺母等机械腐蚀介质并承受冲击的零件，如螺栓、螺母等机械结构件 2、低碳的、低碳的17％％Cr-2%Ni钢钢 如如1Cr17Ni2等，可用于制造高强度耐蚀件等，可用于制造高强度耐蚀件3、中碳的、中碳的13％％Cr钢钢 如如3Cr13、、4Cr13，可用于制造耐磨的零件如阀门零，可用于制造耐磨的零件如阀门零件、轴承、弹簧和医用手术刀等件、轴承、弹簧和医用手术刀等4、高碳的、高碳的18％％Cr钢钢 如如9Cr18等，可用于制造轴承和手术工具等。

等，可用于制造轴承和手术工具等v典型马氏体不锈钢的牌号和成分如表典型马氏体不锈钢的牌号和成分如表5-4 5.6 5.6 马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢二、马氏体不锈钢的热处理二、马氏体不锈钢的热处理 1、软化处理、软化处理 钢经锻轧后，由于空冷即会产生马氏体转变，使锻件变硬，钢经锻轧后，由于空冷即会产生马氏体转变，使锻件变硬，在锻件表面产生裂纹，同时也不易切削加工因此这类钢锻在锻件表面产生裂纹，同时也不易切削加工因此这类钢锻后应缓冷，并及时进行软化处理后应缓冷，并及时进行软化处理v高温回火：将锻件加热到高温回火：将锻件加热到700℃℃~800℃℃保温保温2h~6h后空冷，后空冷，使马氏体转变为回火索氏体，从而降低硬度使马氏体转变为回火索氏体，从而降低硬度v完全退火：将锻件加热到完全退火：将锻件加热到840℃℃~900℃℃（常用（常用860℃℃），保），保温温2h~4h后，以小于后，以小于25℃℃/h的冷却速度冷却（可控炉冷）到的冷却速度冷却（可控炉冷）到600℃℃以后在空冷，这时以后在空冷，这时1Cr13、、2Cr13的硬度可降低到的硬度可降低到170HB以下；以下；3Cr13、、4Cr13可降低到可降低到217HB以下。

退火后以下退火后的组织是铁素体基体上分布着碳化物晶界上网状分布着碳化的组织是铁素体基体上分布着碳化物晶界上网状分布着碳化物 5.6 5.6 马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢2、调质处理、调质处理一般不锈钢结构件（如一般不锈钢结构件（如1Cr13、、2Cr13），常用调质处理，以），常用调质处理，以获得高的综合机械性能获得高的综合机械性能v淬火加热温度：淬火加热温度：1Cr13：： 980℃℃~1050℃℃；；2Cr13：：950℃℃~1150℃℃v对于小件、薄壁件，淬火冷却可用空冷、风冷；对于中小件对于小件、薄壁件，淬火冷却可用空冷、风冷；对于中小件可用油冷；可用油冷； 1Cr13淬火后的硬度约为淬火后的硬度约为43HRC；；2Cr13为为50HRC左右v回火温度：通常回火温度：通常1Cr13为为650℃℃~700℃℃，，2Cr13为为640℃℃~700℃℃v为了防止回火脆性，回火后易采用油冷为了消除回火快冷为了防止回火脆性，回火后易采用油冷为了消除回火快冷的内应力，可在回火后再进行一次的内应力，可在回火后再进行一次400 ℃℃左右的去应力退火左右的去应力退火高温回火后马氏体转变为回火索氏体。

高温回火后马氏体转变为回火索氏体 v这这类类钢钢在在500℃℃~650℃℃温温度度回回火火后后还还会会出出现现耐耐蚀蚀性性降降低低的的现现象，这和碳化铬析出导致晶界贫铬及组织中存在内应力有关象，这和碳化铬析出导致晶界贫铬及组织中存在内应力有关5.6 5.6 马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢3、淬火及低温回火、淬火及低温回火 v3Cr13、3Cr13Mo、4Cr13钢类似于工具钢，最终热处理常采用淬火及低温回火其目的是为了获得高的硬度和高的耐磨性v淬火加热温度为1000℃~1050℃；淬火时为了减少变形，可用硝盐分级冷却，淬火后将得到马氏体和碳化物以及少量的残余奥氏体v4Cr13钢淬火及低温回火后的硬度，刃部为50-54HRC，其余部分为40-45HRC5.6 5.6 马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢5.7 5.7 高强度不锈钢高强度不锈钢 一、马氏体型沉淀硬化不锈钢一、马氏体型沉淀硬化不锈钢v在17-4PH（17%Cr，4%Ni）钢基础上通过减铬增镍以消除δ铁素体，并加入Mo、Ti、Nb、Al等强化元素，经高温奥氏体区固溶处理后，冷却时发生马氏体转变，然后经425-600℃时效，从过饱和的马氏体基体中析出弥散的金属间化合物而产生沉淀强化。

vPH13-8Mo钢经奥氏体化并淬火和510℃时效4h后，得到的力学性能为：屈服强度1450MPa，抗拉强度1550MPa，伸长率12%，硬度HRC475.7 5.7 高强度不锈钢高强度不锈钢v这类钢是在Cr17Ni7基础上加入强化元素发展起来的Mo、Al等形成金属间化合物，在马氏体基体上析出产生沉淀强化v钢经固溶处理后，在室温下为奥氏体+少量δ铁素体（8-10%）v要获得马氏体有三种热处理工艺：（1）两次时效；（2）冷处理及时效；（3）冷加工及时效vPH15-7Mo钢，经固溶及冷处理加时效后，屈服强度1550MPa，抗拉强度1655MPa，伸长率6%，硬度HRC48，315℃的持久强度σ1001383MPav经固溶处理后有同奥氏体一样的良好的冷变形能力，经冷变形和冷处理后产生马氏体，经时效后产生沉淀强化二、半奥氏体型沉淀硬化不锈钢二、半奥氏体型沉淀硬化不锈钢 5.7 5.7 高强度不锈钢高强度不锈钢思考题：思考题：高强度不锈钢的设计思想是什么？5.7 5.7 高强度不锈钢高强度不锈钢。