不銹钢的性质与用途316与316L.docVIP

各类不銹钢的性质与用途 不銹钢是铁与铬的合金，本文介绍各类不銹钢的性质与用途。关於不銹钢之性质及用途，一般人大概都会有某种程度的瞭解。例如在一般之大气中，不銹钢是不易生銹的。以不銹钢為材料製成的餐具及装饰品也非常美观。当然由於科技的进展，不銹钢的种类也跟著增多，其用途也更广泛，它的各种优良性质也被人们握著而发挥了它们的功能。总之，不銹钢就像其他的合金材料一样，在工业上已担任著重要的任务。基本上，不銹钢是铁与铬的合金。除了铬元素外，还因含有镍、碳、鉬、鈦、鈳、硒等而成為不同类的不銹钢。大体上，冶金工业界将不銹钢分為四类：即马氏体不銹钢、铁素体不銹钢、奥氏体不銹钢和沉淀硬化式不銹钢。其中以第一及第三类用途较广。一　早期发展 较早时期，一定有人在无意中製得过此种铁铬合金之不銹钢，但不晓得它有优良的防蚀不銹性能。科学文献的记载里指出，约在1820年时法国人在研製一系列合金时，曾发觉到铁铬合金之防蚀性较一般之铁或钢铁為强，但当时并没有想到此种合金会有商业上的用途。从1820年至1900年间，有关不銹钢进展的记载非常少。主要原因是那段时期製造铬元素的方法仍不高明，利用碳来还原铬矿所製得的元素铬，含碳太多。以含碳过量之铬製出的铁铬合金，其防蚀不銹性就差。另外一个原因是当时从事合金研究的人，总是以合金在硫酸中的抗蚀能力来衡量其抗蚀性之优劣。在强酸下，含碳量多的铁铬合金当然不具有良好的抗蚀性。 1892年用铝来还原铬矿的方法成功后，所製得的铬已不再含有高碳份了，於是不銹钢之发展有了突破。在1910年至1915年间有三种不同品质的不銹钢问世，这是第一代不銹钢，其成分如下所述（為了表达及叙述方便，有关不銹钢之分类，暂以美国钢铁学会採用的数字记号命名法分类）。 AISI?420型不銹钢：含14％铬，0.35％碳，其餘為铁。 AISI?410型不銹钢：含12％铬，0.15％碳，其餘為铁。 AISI?302型不銹钢：含18％铬，9％镍，2％锰，其餘為铁。 这三种不銹钢分由英人、美人、德人在不同的地点不同的时间製出。420型不銹钢乃英人布氏（Harry?Brearly）於寻找较好的材料製造枪身时偶然发现。410型不銹钢乃美人唐氏（Dantsizen）研製白热灯材料时所发现。410型的首次商业用途是做过涡轮叶片的材料。302型不銹钢是两德人（Maurer与Strauss）於研究铁镍合金时，加入铬而製得。 二　不銹钢之进展 自从第一代不銹钢问世后，工业上的使用也日渐增多。人们发觉材料之性质，除了应具良好之防蚀性外，同时也需防高温氧化，并具有良好之切削性及易於焊接等等性质。因此各种新品质不銹钢就陆续研製成功。如今市面上已有五、六十种不同品质的不銹钢，全世界全年消耗不銹钢之吨量也急剧上升。总括而言，这六十年来，不銹钢因有下列几点技术上的重大突破而得以茁壮发展。 （一）利用硅来还原铬矿，进而製得含碳更低之铁铬合金。 （二）电解法提炼镍成功，於是降低了奥氏体不銹钢的成本。 （三）一个製硝酸的化学工厂其建厂之设备採用了二百吨的430型不銹钢，於是更多的化学工厂开始考虑以不銹钢来取代他类材料。 （四）1932年热轧带钢成功。 （五）1934年不銹钢薄板研製成功。 （六）真空电熔不銹钢研製成功。 除了上面所提的六点外，当然还有许多技术上的改进，使钢铁公司得以铸造各种钢锭，利用热轧或冷轧技术製成各种形状之条材、板材、线材，因而扩大了不銹钢的使用性。 三　不銹钢為什麼具防蚀性 谈到不銹钢之防蚀性，这就和铁铬合金之含铬量有密切关係。铁铬合金其含铬量愈多，在一般大气中之防蚀性就愈好。如含铬量低於11％，就失去防銹效果。理论上之解释是，含铬之不銹钢在表面上生了一层氧化铬薄膜，此薄膜可以阻止不銹钢继续氧化。不銹钢的成分中如增加镍的含量，也可增强它对酸的防蚀性。如增加鉬之含量亦有增加防蚀性的效果。现今工业上使用的不銹钢至少含12％之铬，最高可达30％。 四　四大类不銹钢简介 （一）马氏不銹钢 共同点是以铬為主要合金元素。不含镍，具磁性，经热处理后可得高硬度与高强度。其主要显微金相结构為马氏体。最早发展成功的是420型不銹钢，此钢只有在硬化下才具防蚀性能，如经「退火处理」而软化，所含的碳就与铬结合而成金属间化合物的碳化铬（Cr23C6）。也就是说，一份重之碳须与十六份重之铬相结合，此种不銹钢通常含0.35％之碳。是以5.6％之铬就用於形成Cr23C6，剩下来的8.4％铬远低於11％最低含铬要求。所以软化下的420型不銹钢其防蚀性就差些。经过硬化后的420型不銹钢不含碳化铬的金属间化合物，就保有良好的防蚀性。為了改善420型，经过下面所提的几种处理方式，就產生了近二十种不同性质之马氏体不銹钢。 1.减少含碳量至0.1％，改进了防蚀性。 2.加硫或硒，改进切削性。 3.同时增加铬与碳量，以改