不锈钢基础.doc

1. 不锈钢基础 1.1不锈钢的发展历史 中国是世界上最早冶铁炼钢的国家，我们的祖先远在三千年前就掌握了一些冶金、炼钢、铸锻和热处理的技艺，比欧洲各国要早1700多年，对世界文明与人类进步作出过重要的贡献。钢铁对于现代化的工农业生产、交通运输、国防乃至人民生活来说，已成为最基本、最重要的材料。 观看近代制铁发达史的话,制钢是从19世纪开始到 20世纪初开发的连续制铁技术,构筑大量的生产体制以及低廉的价格,开始广范使用。但是因为这样的铁发生生锈、腐蚀，从而开始了增加表面处理(渗碳,涂色)、电气方式、合金元素等多种技术,并进行研究, 其中添加双重合金元素可以抑制生锈和腐蚀 ,同期就开发了Stainless(难以生锈)钢. 不锈钢是英国 Faraday首先开始研究增加Cr的含量来提高耐蚀性，在20世纪初（1910～1914年），德国的Maurer和 Strass开发了 Fe-Cr-Ni系热的 18-8 不锈钢,还有英国的Brearley研究了Fe-Cr系，组织分别为马氏体、铁素体和奥氏体的不锈钢，从第一次世界大战结束到第二次世界大战结束的近三十年中（即1919年至1945年），随着各种工业的发展，不锈钢为适应工作条件而发生了分化，即在原来两大体系三种组织状态的基础上，通过增减碳含量和添加多种其它的合金元素而衍生出了许多新型的不锈钢，如增加 Mo, Cu, Nb, Ti 等安全化不锈钢以及17-4PH等的析出硬化性不锈钢,并具有了一定的商业价值；如主要为适应抗海水或盐类腐烛，吸收Y射线及中子、获得超高强度、节约镍等需要而发展了抗点蚀不锈钢、原子能工业用不锈钢、沉淀硬化不锈钢和锰氮代镍不锈钢，近年来．为了解决奥氏体不锈钢的晶间腐烛和应力腐蚀问题，又分别发展了超低碳不锈钢和超纯铁素体不锈钢。目前，已投入市场的不锈钢的品种已达到230种以上，经常使用的也有近50种，其中约有80%是奥氏体不锈钢（18铬--8镍）的衍生物，而其余20%则是由13铬钢演变而成的。关于不锈钢钢种的最主要的研究和发展是集中在两个方面： ◆第一个方面是改善钢的耐腐蚀性，其中对18-8钢晶间腐烛问题的研究，不仅发展了钢种，提出了解决这个间题的工艺方法。还促进了有关不锈钢的钝化和腐蚀机理的研究。 ◆第二个方面是发展高强度不锈钢（即沉淀硬化不锈钢），这种钢是二次大战后随着航空、航天和火箭技术的进展而发展起来的。其中半奥氏体沉淀硬化不锈钢具有优异的工艺性能（17-7PH类），固溶处理后极易加工成形，且随后的强化热处理（时效处理）温度不高变形很小，在美国这种钢多用于航空器材，并已大量生产，各国也都有类似钢种投入使用。 1.2.不锈钢概述 1.2.1不锈钢的定义 在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，具有美观的表面和好的耐腐蚀性能，不必经过镀色等表面处理，而发挥不锈钢所固有的表面性能,使用于多方面的钢铁的一种，通常称为不锈钢，它是一种Cr含量超过约12%特殊钢，代表性能的有13铬钢，18-铬镍钢等高合金钢，在鋼表面形成很薄的Cr2O3层(数十?程度),在这层不动态皮膜(Passivity Layer) 作用下，有效地防止氧气进入金属基体内，所以不易生锈。 划分 不锈钢 一般碳素钢 形状 特性 * 薄而致密的表面,不容易外部氧化* 在酸, 高溫, 放射性等苛刻的环境下钝化表面被破坏 * 因为钝化膜厚而多孔所以外部氧气容易侵入* 在一般大气中容易生锈, 不能防止根本性的生锈 图1—1 不锈钢与一般钢的比较 1.2.2 金属的腐蚀 在外界介质的作用下使金属逐渐受到破坏的现象称为腐蚀。腐蚀基本上有两种形态：化学腐蚀和电化学腐蚀。在实际中遇到的腐蚀主要是电化学腐蚀，化学腐蚀中不产生电流，且在腐蚀过程中形成某种腐蚀产物。这种腐蚀产物一般都覆盖的金属表面上形成一层膜，使金属和介质隔离开来，如果这层化学生成物是稳定、致密、完整并同金属表面层牢固结合的，则将大大减轻甚至可以防止腐蚀的进一步发展，对金属起保护作用，形成的保护膜称为钝化。例如SiO2, Al2O3, Cr2O3等氧化膜，这些氧化膜结构致密、完整、无疏松、无裂纹且不易剥落，可以保护基体金属，避免继续氧化作用。反之，有些氧化膜是不连续的，或者是多孔状的，对基体没有保护作用。例如，有些金属的氧化物，如Mo2O3, WO3,在高温下具有挥发性，完全没有覆盖基体,没有保护作用。 可见，氧化膜的产生及氧化膜的结构和性质是化学腐蚀的重要特征。因此，提高金属耐腐蚀的能力，主要通过合金化或其他方法，在金属表面形成稳定的、完整的、致密的并与基体牢固结合的氧化膜（钝化膜）。 电化学腐蚀是金属腐蚀的更重要、更普遍的形式，是由不同金属或金属的不同相之间的电极电位之间不同构成原电