不銹鋼有幾百個(gè)鋼種,性能各異。不銹鋼目前常用的分類方法是按鋼的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)或兩者結(jié)合的方法來分類。如不銹鋼分為:鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼或時(shí)效硬化型五大類(見圖2-4、圖2-5);或鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大類。
一、不銹鋼的類別
1. 鐵素體不銹鋼(鐵-鉻合金)
具有體心立方體晶體結(jié)構(gòu)。它們具備不銹鋼的耐腐蝕性能,但是有時(shí)很難焊接制作。它們有磁性,冷加工可使其輕微硬化。例如,S40900(409)含10.5%~11.7%Cr,S43000(430)含16%~18%Cr,基本元素是鐵。用鐵素體不銹鋼制成的消費(fèi)產(chǎn)品價(jià)格較低(如汽車的排氣系統(tǒng)及裝飾和扁平餐具等)。
2. 奧氏體不銹鋼(鐵-鉻-鎳、鐵-鉻-錳-鎳合金)
有些用于特殊用途的不銹鋼也含有氮、銅、硅和其他元素。奧氏體不銹鋼具有面心立方體晶體結(jié)構(gòu)。為了獲得這種結(jié)構(gòu),通過添加合金,主要是鎳,還有錳和氮,抑制奧氏體/鐵素體轉(zhuǎn)化溫度,使常溫下奧氏體相呈穩(wěn)定狀態(tài)(見圖2-3).這些合金在舊的AISI系統(tǒng)中屬于200和300系列。它們一般情況下沒有磁性,冷加工可使其顯著硬化,具有優(yōu)異的成形性和焊接性,與碳鋼相比導(dǎo)熱率低、強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)大。這種合金主要是S30400(304),18%~20%Cr,8%~10.5%Ni,其余的是鐵。主要是指18-8不銹鋼,這兩個(gè)數(shù)字表示鉻和鎳的大致含量。它們的主要用途是各種類型的設(shè)備,包括工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)和加工行業(yè)所用的容器和管材,建筑,公用設(shè)施,裝飾及許多生活消費(fèi)品,如:水池、清洗用的盆、廚具、鍋和扁平餐桌用具等。需要焊接時(shí),常用低碳鋼種 S30403(304L)。
3. 馬氏體不銹鋼(鐵-鉻合金)
馬氏體不銹鋼也是鐵鉻合金,但是碳含量和其他硬化劑的含量高于鐵素體。它們有磁性、堅(jiān)固、強(qiáng)度高但延展性不如奧氏體,熱處理可使其硬化,不易焊接制作。典型的馬氏體鋼種如 S41000(410),11.5%~13.5%Cr,碳的最大含量為0.15%,其余成分是鐵。常用來制作耐腐蝕軸承、刀剪、閥門和壓縮機(jī)部件。
4. 雙相不銹鋼
這種合金通常是鐵-鉻-鎳合金,鎳含量低于奧氏體鋼,有些也可以含有鉬或其他元素。具有奧氏體和鐵素體的雙相結(jié)構(gòu),與奧氏體鋼相比有兩大優(yōu)點(diǎn),即更能抗氯化物應(yīng)力腐蝕斷裂和機(jī)械性能更高。在正常操作溫度仍保持良好韌性的情況下,雙相不銹鋼的屈服強(qiáng)度一般要高于2~3倍,抗拉強(qiáng)度要高出25%,其耐點(diǎn)蝕的能力優(yōu)于或與316L相當(dāng),具有耐晶間腐蝕,耐風(fēng)化和海水腐蝕性能,熱膨脹系數(shù)與碳鋼相似,與碳鋼構(gòu)成焊件內(nèi)應(yīng)力小。雙相不銹鋼主要用于化工、石油等行業(yè),特別是需要耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能較好的環(huán)境中。
5. 沉淀硬化或時(shí)效硬化不銹鋼
主要是鐵-鉻-鎳合金,其中還加有其他元素。它是在馬氏體、奧氏體、雙相鋼的組織上經(jīng)過熱處理沉淀析出細(xì)小、彌散的硬化相,當(dāng)這些細(xì)小硬化相出現(xiàn)時(shí),會(huì)使晶格扭曲,使合金硬化或強(qiáng)化。S17400(17-4PH)常用的成分是15%~17.5%Cr,3%~5%Cu,0.15%~0.45%Cb,3%~5%Ni,其余為鐵。這種合金常用于對強(qiáng)度和耐腐蝕性要求很高的環(huán)境下。有許多這類的鋼種可以在軟化或退火狀態(tài)下進(jìn)行成型加工,隨后進(jìn)行硬化或“時(shí)效”處理。這類不銹鋼常用來作桿件、緊固件等,時(shí)效硬化不銹鋼的最好用途之一是制作高爾夫球桿的頭部。
二、不銹鋼的命名
早期的AISI系統(tǒng)將不銹鋼合金按其晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。但是,早期的分類方法不適合許多新鋼種,因此,舊的命名正在被美國汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)和美國材料與試驗(yàn)學(xué)會(huì)(ASTM)的 UNS方法所替代。這種方法用6個(gè)字符給金屬和合金一個(gè)特有的名稱,它可以表示出材質(zhì)。例如UNS牌號(hào)S30403替代AISI的304L.最后的兩位數(shù)03表示可允許的最大碳含量。對其他合金,不同的數(shù)字可以表示其他參數(shù)值,并不是最后的數(shù)字都表示碳含量。在UNS牌號(hào)中,數(shù)字前面的字母適用于不同的合金等級(jí),如S表示耐高溫和耐腐蝕鋼種(包括不銹鋼)、閥門鋼和鐵基“超合金”,J表示鑄鋼(工具鋼除外),N表示鎳合金等。值得注意的是,一些國家可能使用不同的命名和牌號(hào)系統(tǒng)。例如,歐洲常用的是EN合金牌號(hào)系統(tǒng)。這種方法是用1.4301和1.4401分別代替S30400(304)和S31600(316)。