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      不銹鋼基礎知識

      日期: 2012-02-23
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      ?不銹鋼基礎知識

      一、不銹鋼簡介


        耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質和酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質腐蝕的鋼。又稱不銹耐酸鋼。實際應用中,常將耐弱腐蝕介質腐蝕的鋼稱為不銹鋼,而將耐化學介質腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。由于兩者在化學成分上的差異,前者不一定耐化學介質腐蝕,而后者則一般均具有不銹性。不銹鋼的耐蝕性取決于鋼中所含的合金元素。鉻是使不銹鋼獲得耐蝕性的基本元素,當鋼中含鉻量達到1.2%左右時,鉻與腐蝕介質中的氧作用,在鋼表面形成一層很薄的氧化膜( 自鈍化膜),可阻止鋼的基體進一步腐蝕。除鉻外,常用的合金元素還有鎳、鉬、鈦、鈮、銅、氮等,以滿足各種用途對不銹鋼組織和性能的要求。


        不銹鋼通常按基體組織分為:


        1、鐵素體不銹鋼。含鉻12%~30%。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高 , 耐氯化物應力腐蝕性能優于其他種類不銹鋼。


        2、奧氏體不銹鋼。含鉻大于18%,還含有 8%左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。綜合性能好,可耐多種介質腐蝕。


        3、奧氏體 - 鐵素體雙相不銹鋼。兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優點,并具有超塑性。


        4、馬氏體不銹鋼。強度高,但塑性和可焊性較差。


        5、沉淀硬化型不銹鋼。具有有很好的成形性能和良好的焊接性,可作為超高強度的材料在核工業、航空和航天工業中應用。


        按成分可分為Cr系(SUS400)、Cr-Ni系(SUS300)、Cr-Mn-Ni(SUS200)及析出硬化系(SUS600)。

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      二、不銹鋼歷史


        不銹鋼是具有60年發展歷程的現代材料

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      三、不銹鋼作用


        自本世紀初發明不銹鋼以來,不銹鋼就把現代材料的形象和建筑應用中的卓越聲譽集于一身,使其競爭對手羨慕不已。不銹鋼不會產生腐蝕、點蝕、銹蝕或磨損。不銹鋼還是建筑用金屬材料中強度最高的材料之一。由于不銹鋼具有良好的耐腐蝕性,所以它能使結構部件永久地保持工程設計的完整性。含鉻不銹鋼還集機械強度和高延伸性于一身,易于部件的加工制造,可滿足建筑師和結構設計人員的需要。

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      四、不銹鋼牌號分組


        200 系列—鉻-鎳-錳 奧氏體不銹鋼


        300 系列—鉻-鎳 奧氏體不銹鋼


        301—延展性好,用于成型產品。也可通過機械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲勞強度優于304不銹鋼。


        302—耐腐蝕性同304,由于含碳相對要高因而強度更好。


        303—通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。


        304—通用型號;即18/8不銹鋼。GB牌號為0Cr18Ni9。


        309—較之304有更好的耐溫性。


        316—繼304之後,第二個得到最廣泛應用的鋼種,主要用于食品工業和外科手術器材,添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結構。由于較之304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作“船用鋼”來使用。SS316則通常用于核燃料回收裝置。18/10級不銹鋼通常也符合這個應用級別。[1]


        型號 321—除了因為添加了鈦元素降低了材料焊縫銹蝕的風險之外其他性能類似304。


        400 系列—鐵素體和馬氏體不銹鋼


        408—耐熱性好,弱抗腐蝕性,11%的Cr,8%的Ni。


        409—最廉價的型號(英美),通常用作汽車排氣管,屬鐵素體不銹鋼(鉻鋼)。


        410—馬氏體(高強度鉻鋼),耐磨性好,抗腐蝕性較差。


        416—添加了硫改善了材料的加工性能。


        420—“刃具級”馬氏體鋼,類似布氏高鉻鋼這種最早的不銹鋼。也用于外科手術刀具,可以做的非常光亮。


        430—鐵素體不銹鋼,裝飾用,例如用于汽車飾品。良好的成型性,但耐溫性和抗腐蝕性要差。


        440—高強度刃具鋼,含碳稍高,經過適當的熱處理後可以獲得較高屈服強度,硬度可以達到58HRC,屬于最硬的不銹鋼之列。最常見的應用例子就是“剃須刀片”。常用型號有 三種:440A、440B、440C,另外還有440F(易加工型)。


        500 系列—耐熱鉻合金鋼。


        600 系列—馬氏體沉淀硬化不銹鋼。


        630—最常用的沉淀硬化不銹鋼型號,通常也叫17-4;17%Cr,4%Ni。

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      五、不銹鋼為什么耐腐蝕?


        所有金屬都和大氣中的氧氣進行反應,在表面形成氧化膜。不幸的是,在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續進行氧化,使銹蝕不斷擴大,最終形成孔洞。可以利用油漆或耐氧化的金屬(例如,鋅,鎳和鉻)進行電鍍來保證碳鋼表面,但是,正如人們所知道的那樣,這種保護僅是一種薄膜。如果保護層被破壞,下面的鋼便開始銹蝕。


        不銹鋼的耐腐蝕性取決于鉻,但是因為鉻是鋼的組成部分之一,所以保護方法不盡相同。


        在鉻的添加量達到10.5%時,鋼的耐大氣腐蝕性能顯著增加,但鉻含量更高時,盡管仍可提高耐腐蝕性,但不明顯。原因是用鉻對鋼進行合金化處理時,把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護表面,防止進一步地氧化。這種氧化層極薄,透過它可以看到鋼表面的自然光澤,使不銹鋼具有獨特的表面。而且,如果損壞了表層,所暴露出的鋼表面會和大氣反應進行自我修理,重新形成這種"鈍化膜",繼續起保護作用。


        因此,所有的不銹鋼都具有一種共同的特性,即鉻含量均在10.5%以上。

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      六、不銹鋼的類型


        "不銹鋼"一詞不僅僅是單純指一種不銹鋼,而是表示一百多種工業不銹鋼,所開發的每種不銹鋼都在其特定的應用領域具有良好的性能。成功的關鍵首先是要弄清用途,然后再確定正確的鋼種。有關不銹鋼的進一步詳細情況可參見由NiDI編制的"不銹鋼指南"軟盤。

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      七、維修及清理


        和其它曝露于大氣中的材料一樣,不銹鋼也會臟,在雨水沖刷,人工沖洗和已臟表面之間還存在著一種相互關系。


        通過把相同的板條直接放在大氣中和放在有棚的地方確定了雨水沖刷的效果。人工沖洗的效果是通過人工用海綿沾上肥皂水每隔六個月擦洗每塊板條的右邊來確定的。結果發現,與放在有棚的地方和不被沖洗的地方的板條相比,通過雨水沖刷和人工擦洗去除表面的灰塵和淤積對表面情況有良好的作用。而且還發現,表面加工的狀況也有影響,表面平滑的板條比表面粗糙的板條效果要好。


        因此洗刷的間隔時間受多種因素影響,主要的影響因素是所要求的審美標準。雖然許多不銹鋼幕墻僅僅是在擦玻璃時才進行沖洗,但是,一般來講,用于外部的不銹鋼每年洗刷兩次。

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      八、典型用途


        大多數的使用要求是長期保持建筑物的原有外貌。在確定要選用的不銹鋼類型時,主要考慮的是所要求的審美標準、所在地大氣的腐蝕性以及要采用的清理制度。


        然而,其它應用越來越多的只是尋求結構的完整性或不透水性。例如,工業建筑的屋頂和側墻。在這些應用中,物主的建造成本可能比審美更為重要,表面不很干凈也可以。


        在干燥的室內環境中使用430不銹鋼效果相當好。但是,在鄉村和城市要想在戶外保持其外觀,就需經常進行清洗。在污染嚴重的工業區和沿海地區,表面會非常臟,甚至產生銹蝕。但要獲得戶外環境中的審美效果,就需采用含鎳不銹鋼。所以,304不銹鋼廣泛用于幕墻、側墻、屋頂及其它建筑用途,但在侵蝕性嚴重的工業或海洋大氣中,最好采用316不銹鋼。


        現在,人們已充分認識到了在結構應用中使用不銹鋼的優越性。有幾種設計準則中包括了304和316不銹鋼。因為"雙相"不銹鋼2205已把良好的耐大氣腐蝕性能和高抗拉強度及彈限強度融為一體,所以,歐洲準則中也包括了這種鋼。?

      產品形狀


      實際上,不銹鋼是以全標準的金屬形狀和尺寸生產制造的,而且還有許多特殊形狀。最常用的產品是用薄板和帶鋼制成的,也用中厚板生產特殊產品,例如,生產熱軋結構型鋼和擠壓結構型鋼。而且還有圓型、橢圓型、方型、矩型和六角型焊管或無縫鋼管及其它形式的產品,包括型材、棒材、線材和鑄件。

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      九.不銹鋼的標識方法


        鋼的編號和表示方法


        ①用國際化學元素符號和本國的符號來表示化學成份,用阿拉伯字母來表示成份含量:


        如:中國、俄國 12CrNi3A


        ②用固定位數數字來表示鋼類系列或數字;如:美國、日本、300系、400系、200系;


        ③用拉丁字母和順序組成序號,只表示用途。

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        我國的編號規則


        ①采用元素符號


        ②用途、漢語拼音,平爐鋼:P、 沸騰鋼:F、 鎮靜鋼:B、甲類鋼:A、T8:特8

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        GCr15:滾珠


        ◆合結鋼、彈簧鋼,如:20CrMnTi 60SiMn、(用萬分之幾表示C含量)


        ◆不銹鋼、合金工具鋼(用千分之幾表示C含量),如:1Cr18Ni9 千分之一(即


        0.1%C),不銹 C≤0.08% 如0Cr18Ni9,超低碳C≤0.03% 如0Cr17Ni13Mo

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        國際不銹鋼標示方法


        美國鋼鐵學會是用三位數字來標示各種標準級的可鍛不銹鋼的。其中:


        ①奧氏體型不銹鋼用200和300系列的數字標示,


        ②鐵素體和馬氏體型不銹鋼用400系列的數字表示。例如,某些較普通的奧氏體不銹鋼是以201、 304、 316以及310為標記,


        ③鐵素體不銹鋼是以430和446為標記,馬氏體不銹鋼 是以410、420以及440C為標記,雙相(奧氏體-鐵素體),


        ④不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼以及含鐵量低于50%的高合金通常是采用專利名稱或商標命名。

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        4).標準的分類和分級


        4-1分級:


        ①國家標準GB ②行業標準YB ③地方標準 ④企業標準Q/CB

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        4-2 分類:


        ①產品標準 ②包裝標準 ③方法標準 ④基礎標準

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        4-3 標準水平(分三級):


        Y級:國際先進水平 I級:國際一般水平 H級:國內先進水平

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        4-4國標


        GB1220-84 不銹棒材(I級) GB4241-84 不銹焊接盤園(H級)


        GB4356-84 不銹焊接盤園(I級) GB1270-80 不銹管材(I級)


        GB12771-91 不銹焊管(Y級) GB3280-84 不銹冷板(I級)


        GB4237-84 不銹熱板(I級) GB4239-91 不銹冷帶(I級)

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      十.不銹鋼表面損傷和夾帶外來物的清洗


        1、粉塵


        制作經常是在有粉塵的場地進行,空氣中常帶有許多粉塵,它們不斷地落在設備表面。它們可以用水或堿性溶液去除掉。不過,有附著力的塵垢需要高壓水或蒸氣進行清理。


        2、浮鐵粉或嵌入的鐵


        在任何表面上,游離鐵都會生銹并使不銹鋼產生腐蝕。因此,必須清除。浮粉一般可隨粉塵一起清除掉。有些粘著力很強,必須按嵌入的鐵處理。除粉塵外,表面鐵的來源很多,其中包括用普通碳鋼鋼絲刷清理和用以前在普碳鋼,低合金鋼或鑄鐵件上使用過的砂子、玻璃珠或其它磨料進行噴丸處理,或在不銹鋼部件及設備附近對前面提到的非不銹鋼制品進行修磨。在下料或吊過過程中如果不對不銹鋼采取保護措施,鋼絲繩、吊具和工作臺面上的鐵很容易嵌入或玷污表面。


        訂貨要求和制作后檢查可以防止并發現游離鐵的存在,ASTM標準A380[3]規定了檢查不銹鋼表面鐵或鋼微粒的鐵銹試驗法。當要求絕對不能有鐵存在的時候,應該使用這種檢驗方法。如果結果令人滿意,應用干凈的純水或硝酸對表面進行洗滌,直到深藍色完全消失。


        正如標準A380[3]指出的如果鐵銹試驗溶液不能全部清除干凈,不推薦在設備的工藝表面,即用來生產人類消費品的直接接觸表面采用這種試驗方法。比較簡單的試驗方法是在水中暴露12~24小時,檢查是否有銹斑。這種試驗靈敏性差,而且耗時。這些都是檢測試驗,不是清理方法。如果發現有鐵存在,必須用后面介紹的化學和電化學的方法進行清理。


        3、劃痕


        為了防止工藝潤滑劑或生成物和/或污物積留,必須對劃痕和其它粗糙表面進行機械清理。


        4、熱回火色和其它氧化層


        如果在焊接或修磨過程中不銹鋼在空氣中被加熱到一定的高溫,焊縫兩側、焊縫的下表面和底部都會出現鉻氧化物熱回火色。 熱回火色比氧化保護膜薄,而且明顯可見。顏色決定于厚度,可呈見彩虹色、藍色、紫色到淡黃色和棕色。較厚的氧化物一般為黑色。它是由于在高溫或長時間在較高度下停留所致。當出現任何一種這類氧化層時,金屬表面的鉻含量都會降低,造成這些區域的耐腐蝕性降低。在這種情況下,不僅要消除熱回火色和其它氧化層,還應對它們下面的貧鉻金屬層進行清理。


        5、銹斑


        制作前或制作過程中有時會看到不銹鋼產品或設備上生銹,這說明表面受到嚴重污染。設備投入使用前必須把銹清除掉,徹底清理過的表面應通過鐵試驗和/或水試驗進行檢驗。


        6、粗糙的研磨和機加工


        研磨和機加工都會造成表面粗糙,留有凹槽,重疊和毛刺等缺陷。每種缺陷也可能使金屬表面損傷到一定深度,以至于受損傷的金屬表面無法通過酸洗,電拋光或噴丸等方法清理掉。粗糙表面能夠成為發生腐蝕和沉積生成物的發源地,重焊前清理焊縫缺陷或清除多余的焊縫加強高都不能用粗磨進行研磨。對后一種情況,應再用細磨料研磨。


        7、焊接引弧斑痕


        焊工在金屬表面引弧時,會造成表面粗糙缺陷。保護膜受損,留下潛在的腐蝕源。焊工應在已經焊好的焊道上或在焊縫接頭的側邊引弧。然后將引弧痕跡熔入焊縫中。


        8、焊接飛濺


        焊接飛濺與焊接工藝有很大關系。例如:GTAM(氣體保護鎢極電弧焊)或TIG(惰性氣體保護鎢極焊)沒有飛濺。但是,采用GMAW(氣體保護金屬電弧焊)和FCAW(帶焊劑芯的電弧焊)兩種焊接工藝時如果焊接參數使用不當會造成大量飛濺。出現這種情況時,必須調整參數。如果要解決焊接飛濺的問題,焊接前應在接頭的每一邊涂上防濺劑,這樣可以消除飛濺物的附著力。焊完后可以很容易地將這種防濺劑及各種飛濺物清理掉,可不損傷表面或帶來輕微損傷。


        9、焊劑


        利用焊劑進行焊接的工藝有手工焊,帶焊劑芯電弧焊和埋弧焊,這些焊接工藝都會在表面留下細小的焊劑顆粒,普通的清理方法無法將它們清除掉。這此顆粒將是縫隙腐蝕的腐蝕源,必須采用機械清理方法去除這些殘留焊劑。


        10、焊接缺陷


        焊接缺陷如:咬邊、未焊透、密集氣孔和裂紋不僅降低接頭的牢固性,而且還會成為縫隙腐蝕的腐蝕源。改善這種結果進行清理操作時,它們還會夾帶固體顆粒。這些缺陷可通過重新焊接或修磨后重焊進行修補。


        11、油和油脂


        有機物質如:油,油脂甚至指印都會成為局部腐蝕的腐蝕源。由于這些物質能起屏障作用,它們會影響化學和電化學清理效果,因而必須徹底清理掉。ASTM A380有一種簡單的斷水(WATERBREAK)試驗檢測有機污染物。試驗時,從垂直表面的頂部澆下水,在向下流的過程中水會沿著有機物質的周圍分開。熔劑和/或酸性化學清洗劑可清除油跡和油脂。


        12、殘余粘合劑


        撕掉膠帶和保護紙時,粘合劑總有一部分殘留在不銹鋼表面。如果粘全劑還沒硬,可以用有機熔劑去除。但是,當曝露在光和/或空氣中時,粘全劑變硬,形成縫隙腐蝕的腐蝕源。然后需要用細磨料進行機械清理。


        13、油漆、粉筆和標記筆印


        這些污染物的影響與油和油脂的影響相似。建議用干凈的刷子和干凈的水或堿性清洗劑進行洗滌,也可以使用高壓水或蒸汽沖洗。


        在使用狀態下以鐵素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在11%~30%,具有體心立方晶體結構。這類鋼一般不含鎳,有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素,這類鋼具導熱系數大,膨脹系數小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優良等特點,多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點,因而限制了它的應用。爐外精煉技術(AOD或VOD)的應用可使碳、氮等間隙元素大大降低,因此使這類鋼獲得廣泛應用。



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