不锈钢的完整指南

不锈钢的牌号、成分、分子结构、生产及性能

芝加哥的不锈钢云雕塑
由于钝化层保护内部钢免于氧化,芝加哥云门雕塑保持了它闪亮的光泽。

在这个指南:

不锈钢是一大类抗锈的黑色合金的统称。与其他铁合金不同,不锈钢有一个稳定的钝化层,可以保护它不受空气和湿气的影响。这种防锈性使它成为许多应用的良好选择,包括户外,水,食品服务,高温用途。

不锈钢是如何制成的?

不锈钢可以铸造或加工。主要的区别在于如何形成最终产品。铸造不锈钢将液态金属倒入特定形状的模塑容器中制成。不锈钢从炼钢厂开始,连铸机将不锈钢制成钢锭、钢坯、钢坯或板坯。这些原材料必须经过进一步的加工才能成形。它们被重新加热,并使用滚动或锤击技术重新加工。

锻造不锈钢产品比铸造不锈钢产品更常见。188bet金宝慱亚洲体育app

铸不锈钢制品通常在铸造厂或与铸造的监督中进行。如果它们是较大产品的小部件,则铸件可能会去其他工厂进行组装。锻造不锈钢是从钢厂开始的但在另一家工厂变成了最终产品。

不锈钢罐和管道
不锈钢具有优越的耐腐蚀性,保护钢材免受空气和湿气的影响,使其成为各种工业应用的理想材料,包括管道和储罐。

不锈钢是由什么制成的?

与所有钢一样,不锈钢用铁和碳的混合物开始。该系列合金分开的是,不锈钢也至少有10.5%的铬。该元件使不锈钢是其特征性对氧化的抗性。当不锈钢暴露在大气中时,铬与氧气结合形成薄,稳定钝化三氧化铬层(Cr2O.3.).钝化层保护内部钢材免于氧化,如果表面被划伤,钝化层会迅速修复。

该钝化层与电镀不同。一些金属用锌,铬或镍镀,用于表面保护。在这些情况下,一旦刮擦渗透到电镀,涂层的益处就会丢失。不锈钢内的铬提供了多于这种表面保护。每当暴露在空气时,它会产生它的被动胶片。因此,即使不锈钢被深深地划伤,钝化层也会自愈。

铁+碳=钢

+铬=不锈钢
(至少含有10.5%的铬)

铁素体合金



(10.5 - -18%)

(0.08 - -0.15%)

铁素体合金

(10.5 - -18%)
(0.08 - -0.15%)

马氏体合金


(0.10 - -1.2%)
+铬
(12 - 18%)

生产可能涉及淬火或空气淬火。

马氏体合金

(0.10 - -1.2%)
+铬(12 - 18%)

生产可能涉及淬火或空气淬火。

奥氏体合金


+铬
(16%)
+镍
(8 + %)


可能含有钼、钛或铜。

奥氏体合金

+铬(16%)
+镍(8 + %)

可能含有钼、钛或铜。

双合金



+铬(19 +%)
+钼
+少量镍



一般含有钼、铜或其他合金元素。

双合金

+铬(19 +%)
+钼
+少量镍

一般含有钼、铜或其他合金元素。

沉淀硬化合金


+铬
+镍
+铜&/或其他元素


生产必须涉及热处理技术。

沉淀硬化合金

+铬
+镍
+铜&/或其他元素


生产必须涉及热处理技术。

不锈钢的种类

有几个“系列”不锈钢.每个家族都有不同比例的铁、铬和碳。有些含有其他元素,如镍、钼、锰或铜。这些钢的性能因含量的不同而不同,使其成为一种通用的合金。

不锈钢的成绩

等级暗示了特定不锈钢的家族。最常见的成绩是:

  • 铁素体不锈钢:430、444、409、430
  • 奥氏体不锈钢:304、302、303、310、316、317、321、347
  • 马氏体不锈钢:420、431、440、416
  • 双不锈钢:2304、2205

有时,工程师选择同一家族的合金,如在两种流行的商业等级奥氏体不锈钢,304和316.然而,情况并非总是如此。汽车排气系统经常在两者之间选择304和409..烧烤架的材料可能是304或430。

不锈钢的机械性能

通常选择不锈钢是因为它耐腐蚀——但选择它也是因为它是钢。钢的强度、屈服、韧性、硬度、加工硬化反应、可焊性和耐热性等性能使得钢在工程、建筑和制造业中非常有用,尤其是考虑到它的成本。在决定等级之前,工程师会考虑不锈钢的工作负荷和大气条件。

拉伸性能

金属的拉伸性能是通过拉伸来测量的。典型的拉力杆是受拉力作用的,也称为拉力载荷。在破坏时,拉伸强度,屈服强度,伸长率和断面收缩率都被测量。

硬度

硬度是钢抗压痕和磨损的能力。最常见的两种硬度测试是布氏硬度和洛氏.在布氏试验中,一个小的淬硬钢球被标准载荷压入钢中,然后测量产生的压痕的直径。罗克韦尔测试测量压痕的深度。有些金属的硬度可以通过冷加工来提高,也称为加工硬化。在某些金属中,可以通过热处理来提高硬度。

韧性

韧性是钢的能力在非常局部应力下塑性地产生。坚韧的钢是抗裂的,使韧性成为工程应用中使用的非常理想的质量。使用动态测试确定韧性水平。样品棒被缺口以定位应力,然后通过摆动摆锤击中。在破碎样品杆中吸收的能量是通过摆动损失的能量的量度测量。坚韧的金属吸收更多能量,而脆性金属吸收较少。

不锈钢汽车排气管

铁素体

铁素体不锈钢含有铁、碳和10.5-18%的铬。它们可能含有其他合金元素,如钼或钼,但通常数量很少。它们具有体心立方(BCC)的晶体结构——与常温下的纯铁相同。

由于其晶体结构,铁素体不锈钢具有磁性。它们相对较低的碳含量导致相应的强度较低。铁素体类型的其他缺点包括焊接性差和耐蚀性降低。然而,由于其优越的韧性,它们在工程应用中是可取的。铁素体不锈钢常用于汽车排气管、燃油管道和建筑装饰。

不锈钢铺柱特写镜头照片

奥氏体

奥氏体不锈钢具有面心立方(FCC)晶体结构,由铁、碳、铬和至少8%的镍组成。由于其高铬、高镍含量,因此其含量较高耐腐蚀和非磁性。与铁素体不锈钢一样,奥氏体不锈钢不能通过热处理硬化。然而,它们可以通过冷的工作来硬化。奥氏体不锈钢中的高镍含量使得它们能够在低温应用中运行良好。

两个最常见的不锈钢钢-304和316-是奥氏体等级。奥氏体不锈钢普及背后的主要驾驶员是可以形成和焊接的容易,使其成为高效制造的理想选择。有许多奥氏体不锈钢的亚奥氏体不锈钢,碳含量差异。通过加入诸如钼,钛和铜的合金元素进一步调整性质。奥氏体不锈钢经常用于生产厨房水槽,窗户框架,食品加工设备和化学罐。它们通常也用于户外场地家具,如长椅,不锈钢护柱自行车架子

一套不锈钢餐具

马氏体

马氏体不锈钢具有体心四方(BCT)结构。它们含有12-18%的铬,碳含量(0.1-1.2%)高于奥氏体或铁素体不锈钢。与铁素体BCC结构一样,BCT具有磁性。马氏体不锈钢在钢的强度比其焊接性或耐腐蚀性更重要的情况下非常有用。主要的区别是马氏体不锈钢可以通过热处理硬化,因为他们的高含碳量。这使得它们在许多应用中都很有用,包括航空航天部件、刀具和刀片。

炼油厂燃料生产用不锈钢压力容器

双工

双面不锈钢是最新的不锈钢型。它们含有比奥氏体不锈钢更少的铬(19-32%)和钼(高达5%),但镍显着较低。双相不锈钢有时被称为奥氏体铁素体,因为它们具有混合铁素体和奥氏体晶体结构。双相不锈钢中的奥氏体和铁素体相的大约半半和半阶段的混合使其具有独特的优势。它们比奥氏体等级更耐压裂,比铁素体等级更加抗体,大约比纯净形式强的两倍。双相不锈钢的关键优势是在氯化物暴露的情况下等于或超过奥氏体等级等于或超过的耐腐蚀性。

双相不锈钢也是非常划算的。双相不锈钢的强度和耐腐蚀性是在合金含量低于同等奥氏体等级的情况下实现的。在海水淡化和石油化工行业中,双相不锈钢经常用于生产暴露于氯的应用部件。它们也用于建筑和建筑行业的桥梁、压力容器和拉杆。

不锈钢棒堆

沉淀硬化

沉淀硬化不锈钢可以有一系列的晶体结构,但是,它们都包含铬和镍。它们的共同特点是耐腐蚀,易于制造,以及经过低温热处理的极高的抗拉强度。

奥氏体沉淀硬化合金大多被高强度高温合金所取代。然而,半奥氏体沉淀硬化不锈钢继续用于航空航天应用,甚至应用于新形式。马氏体沉淀硬化不锈钢比普通马氏体强度高,经常用于生产棒、棒和线材。

技术外观:不锈钢的分子微观结构

当金属从熔融状态冻结时,它们结晶并形成晶粒。这种晶体结构决定了金属的许多机械性能。许多因素影响这一点微观结构

合金中原子的类型会改变结构,因为这些原子类型所形成的分子会改变结构。每种物质的百分比也决定了原子的排列形式。

温度对金属晶格的形状有深刻的影响。不同的结构在特定的温度下开始形成。合金的相表显示了在不同温度和重要元素的不同百分比下,哪些类型的晶粒是常见的。

我们的铁 - 碳相图说明了温度和碳影响钢颗粒的形成。它显示了三个铁形成阶段:

  • 铁素体,或α铁,(α)是在912℃以下形成的标准晶粒。
  • 奥氏体,或γ铁,(γ),有更密集的晶粒排列,出现在912-1394°C之间。
  • δ铁(δ)在1395°C以上的温度下形成,在1538°C铁变成液体之前。铁相更接近于α-铁,或铁氧体。
x轴上的碳在2-6%之间,y轴上的温度在200-1600℃之间的技术图表显示了钢在不同温度下的组织类型,包括奥氏体,铁素体和石墨
铁碳相图。铸造的依赖,CC的ND

碳的加入影响钢的基本晶粒的结晶、稳定和相互作用。温度影响碳的吸收。高热奥氏体相被碳饱和,金属分子密集堆积。在其他温度下,不是所有的碳都被吸收。它创造了其他的分子结构。例如,铁碳合金通常含有铁3.C渗碳体分子。在纯形式下,渗碳体被归类为陶瓷:它又硬又脆,这使最后的金属具有这些属性。石墨也可以在分子水平上形成。石墨的形状会影响金属受到撞击时的行为。圆形的石墨结节在受到撞击时可以相互滑过,虽然会变形,但不会折断。相比之下,具有大量片状石墨的金属在受到打击时可以沿片状边界剪切。金属冷却的速度以及热处理或加工的速度也会影响晶粒的大小和形状。

奥氏体钢是那些含有γ-铁的奥氏体晶格的钢。在铁碳相图上,这种晶格通常在高温下存在。然而,添加镍和/或锰可以使奥氏体在钢冷却时保留。奥氏体组织称为“面心立方”。面心立方分子赋予金属特殊的性质。

体心与面心立方微观结构

金属是由分子晶格构成的晶体。晶格的每一个单元都由原子组成。每个晶格单元中的原子数量,以及它们彼此之间的连接方式,改变了这个晶格在应变下的行为。基本的格是原始的、身体为中心的和脸为中心的。

基本细胞形状

原始的
立方

一个立方体的线框形状,每个角上都有点

  • 这个原始立方体中的每个原子都位于细胞的一角。每个原子都是晶格中的一个连接点。
  • 每个角落原子与周围的细胞同样共享。因此,每个原子是八个相邻立方体的一部分。
  • 单元格总共包含1个原子。因为每个角原子与8个相邻的立方体共享,每个原子只有1/8在原始细胞内。
    每个角上的8 × 1/8块原子= 1个原子。

身体- - -
为中心的
立方(BCC)

身体的线框形状为立方结构,每个角落的点,单点坐在里面
上锁的护柱使小巷成为一个舒适、安全的行人空间。
  • 与原始立方体一样,细胞的每个角落存在原子。
  • 此外,一个原子位于细胞的中间。这个原子不被其他细胞所共享:有8个细胞与晶格相连,只有一个细胞与原子相连。
  • 单位细胞共包含2个原子:
    8个原子乘以每个原子的1/8,就像原始的立方结构,加上中心的原子。
  • α -铁(铁氧体)和δ -铁都是BCC金属。

面心
立方(FCC)

以面为中心的立方体结构的线框形状,在每个角上和每个面上都有点

  • 以面为中心的立方结构在细胞的每个角落都有原子,另外在立方体的每个面的中心都有一个原子。
  • “面部”居中原子仅与两个细胞共享,因此每个贡献1/2个atom的价值。
  • 单元格共包含4个原子:
    8个原子x 1/8为角原子,6个原子x 1/2为面中心原子。
  • γ -铁(奥氏体)是FCC金属。

没有镍或锰的钢在1674 - 2541°F之间实现了稳定的面心立方(FCC)结构。在这个温度下,钢中的碳渗透到每个电池中。

然而,这种钢,在常规(非淬火)方式下冷却,将变成铁素体和体心立方(BCC)。它不会维持FCC的结构。

BCC晶格比FCC结构更容易受到某些类型的机械应变的影响。它们没有相同数量的原子在每个细胞中保持晶格在一起。即使在室温下,保持FCC结构也有助于保持其额外的强度。这通常需要在合金中加入额外的元素。

铁素体,奥氏体,马氏体和双链钢的微观结构

铁素体钢是一种普通的BCC钢。它在低温下变脆,在高温下很快失去强度,并且具有磁性。这些特性是由于体心立方(BCC)形式。

在每个“松散”包装的BCC细胞中,并不是所有的电子都能够找到并与相反自旋的电子配对。正是这些游离电子产生了铁素体钢的磁性。由于每个铁素体单元只有两个原子增加强度,铁素体钢也更容易断裂,尤其是在冷热环境中。

奥氏体钢由于合金中镍的加入,在室温下是FCC的。奥氏体钢比FCC钢更具韧性,即使在低温下也是如此。它有更多的热强度。它也没有磁性。这些特性是由于它的面心(FCC)形式。

所有的晶格都有“滑移系统”,即剪切线,当受到撞击时,晶格可以滑动,而细胞不会被撕裂。三次晶格具有丰富的对称性,因此有更多的滑移面。也许与我们的直觉相反,密度更大的FCC晶体比松散的BCC晶体有更多的剪切线。密集排列的晶体更容易相互滑动。每个细胞都有更多的原子量和强度,更容易聚集在一起。

微观层面的塑性变形支撑着宏观层面材料的延性。这就是为什么面心立方结构有更大范围的弹性。铁素体组织更容易在冲击下破碎,或在拉伸时断裂,特别是在具有挑战性的环境中。

奥氏体不锈钢是唯一在低温应用中不脆性和容易断裂的不锈钢类型。奥氏体钢的大部分韧性和伸长率甚至低于-292°F。低温脆化是铁素体钢和双相钢的特点。在过渡温度之后,它们在压力下很可能碎裂。

马氏体钢是另一种表面晶粒非常不同的钢。这些钢没有简单的立方组织。马氏体是通过淬火形成的:表面的快速冷却。环境的震动使冰架在结冰时隆起。马氏体组织处于应变状态,呈体心四边形,不均匀排列。这使得马氏体表面更硬,但它们也更脆,即使在室温下。

双相钢是一种相对较新的不锈钢品种。这些钢具有混合的显微组织。铁素体和奥氏体的交错层赋予了两者最终的材料性能。与奥氏体不锈钢相比,双相不锈钢所需的较低的镍和/或锰的百分比降低了成本。

不锈钢的保养和保养
不锈钢的日常清洗可以用肥皂和水来完成。商业应用可能需要更强的通用润滑剂处理。

不锈钢的保养和保养

虽然不锈钢是防锈的,它并非坚不可摧。它的耐蚀性是基于它的钝化层,钝化层可以被化学干扰。盐、酸、保持水分的划痕和铁沉积都可能导致不锈钢容易生锈。

安装不锈钢时必须小心:钢制工具可以改变钢的表面化学,留下的铁沉积物使表面易受伤害。任何与钢接触的地方都应该清洗。应该避免有可能锁住水分的深划痕。

不锈钢表面的保养并不困难,但如果钢制暴露在凸起,划痕,盐,铁或其他化学物质,则应定期进行。户外场地家具应每年出席两次。

清洗不锈钢的方法取决于手边问题的类型。不同类型的标记需要不同的策略。我们的深度清洁岗描述变色、生锈、油脂、指纹、水泥或石灰石的步骤。有利于快速处理腐蚀。如果及早发现,WD-40或其他润滑剂可能是唯一必要的去除锈迹。

具有适当的维护和护理,不锈钢的性质使其如此有吸引力的钢的韧性,铬腐蚀性和光泽 - 多年来可以继续成为无压力的资产。

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