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文章詳情
304不銹鋼力學(xué)性能機械性能
日期：2024-11-25 18:30
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摘要：
304不銹鋼力學(xué)性能機械性能，詳情參考www.xbdvx.cn
不銹鋼的強度是由各種因素不確定，但*重要的和*基本的因素是其中添加的不同化學(xué)因素，主要是金屬元素。不同類型的不銹鋼由于其化學(xué)成分的差異，就有不同的強度特性。
（1）馬氏體型不銹鋼
馬氏體型不銹鋼與普通合金鋼一樣具有通過淬火實現(xiàn)硬化的特性，因此可通過選擇牌號及熱處理條件來得到較大范圍的不同的力學(xué)性能。
馬氏體型不銹鋼從大的方面來區(qū)分，屬于鐵-鉻-碳系不銹鋼。進而可分為馬氏體鉻系不銹鋼和馬氏體鉻鎳系不銹鋼。在馬氏體鉻系不銹鋼中添加鉻、碳和鉬等元素時強度的變化趨勢和在馬氏體鉻系不銹鋼中添加鎳的強度特性如下所述。
馬氏體鉻系不銹鋼在淬火-回火條件下，增加鉻的含量可使鐵素體含量增加，因而會降低硬度和抗拉強度。低碳馬氏體鉻不銹鋼在退火條件下，當(dāng)鉻含量增加時硬度有所提高，而延伸率略有下降。在鉻含量一定的條件下，碳含量的增加使鋼在淬火后的硬度也隨之增加，而塑性降低。添加鉬的主要目的是提高鋼的強度、硬度及二次硬化效果。在進行低溫淬火后，鉬的添加效果十分明顯。含量通常少于1%。
在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中，含一定量的鎳可降低鋼中的δ鐵素體含量，使鋼得到*大硬度值。
馬氏體型不銹鋼的化學(xué)成分特征是，在0.1%-1.0%C，12%-27%Cr的不同成分組合基礎(chǔ)上添加鉬、鎢、釩、和鈮等元素。由于組織結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)，因而在高溫下強度急劇下降。而在600℃以下，高溫強度在各類不銹鋼中*高，蠕變強度也*高。
（1）馬氏體型不銹鋼
馬氏體型不銹鋼與普通合金鋼一樣具有通過淬火實現(xiàn)硬化的特性，因此可通過選擇牌號及熱處理條件來得到較大范圍的不同的力學(xué)性能。
馬氏體型不銹鋼從大的方面來區(qū)分，屬于鐵-鉻-碳系不銹鋼。進而可分為馬氏體鉻系不銹鋼和馬氏體鉻鎳系不銹鋼。在馬氏體鉻系不銹鋼中添加鉻、碳和鉬等元素時強度的變化趨勢和在馬氏體鉻系不銹鋼中添加鎳的強度特性如下所述。
馬氏體鉻系不銹鋼在淬火-回火條件下，增加鉻的含量可使鐵素體含量增加，因而會降低硬度和抗拉強度。低碳馬氏體鉻不銹鋼在退火條件下，當(dāng)鉻含量增加時硬度有所提高，而延伸率略有下降。在鉻含量一定的條件下，碳含量的增加使鋼在淬火后的硬度也隨之增加，而塑性降低。添加鉬的主要目的是提高鋼的強度、硬度及二次硬化效果。在進行低溫淬火后，鉬的添加效果十分明顯。含量通常少于1%。
在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中，含一定量的鎳可降低鋼中的δ鐵素體含量，使鋼得到*大硬度值。
馬氏體型不銹鋼的化學(xué)成分特征是，在0.1%-1.0%C，12%-27%Cr的不同成分組合基礎(chǔ)上添加鉬、鎢、釩、和鈮等元素。由于組織結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)，因而在高溫下強度急劇下降。而在600℃以下，高溫強度在各類不銹鋼中*高，蠕變強度也*高。
(2)鐵素體型不銹鋼
據(jù)研究結(jié)果，當(dāng)鉻含量小于25%時鐵素體組織會抑制馬氏體組織的形成，因而隨鉻含量的增加其強度下降；高于25%時由于合金的固溶強化作用，強度略有提高。鉬含量的增加可使其更易獲得鐵素體組織，可促進α ’相、б相和x相的析出，并經(jīng)固溶強化后其強度提高。但同時也提高了缺口敏感性，從而使韌性降低。鉬提高鐵素體型不銹鋼強度的作用大于鉻的作用。
鐵素體型不銹鋼的化學(xué)成分的特征是含11%-30%Cr，其中添加鈮和鈦。其高溫強度在各類不銹鋼中是*低的，但對熱疲勞的抗力*強。
據(jù)研究結(jié)果，當(dāng)鉻含量小于25%時鐵素體組織會抑制馬氏體組織的形成，因而隨鉻含量的增加其強度下降；高于25%時由于合金的固溶強化作用，強度略有提高。鉬含量的增加可使其更易獲得鐵素體組織，可促進α ’相、б相和x相的析出，并經(jīng)固溶強化后其強度提高。但同時也提高了缺口敏感性，從而使韌性降低。鉬提高鐵素體型不銹鋼強度的作用大于鉻的作用。
鐵素體型不銹鋼的化學(xué)成分的特征是含11%-30%Cr，其中添加鈮和鈦。其高溫強度在各類不銹鋼中是*低的，但對熱疲勞的抗力*強。
（3）奧氏體型不銹鋼
奧氏體型不銹鋼中增加碳的含量后，由于其固溶強化作用使強度得到提高。
奧氏體型不銹鋼的化學(xué)成分特性是以鉻、鎳為基礎(chǔ)添加鉬、鎢、鈮和鈦等元素。由于其組織為面心立方結(jié)構(gòu)，因而在高溫下有高的強度和蠕變強度。還由于線膨脹系數(shù)大，因此比鐵素體型不銹鋼熱疲勞強度差。
奧氏體型不銹鋼中增加碳的含量后，由于其固溶強化作用使強度得到提高。
奧氏體型不銹鋼的化學(xué)成分特性是以鉻、鎳為基礎(chǔ)添加鉬、鎢、鈮和鈦等元素。由于其組織為面心立方結(jié)構(gòu)，因而在高溫下有高的強度和蠕變強度。還由于線膨脹系數(shù)大，因此比鐵素體型不銹鋼熱疲勞強度差。
?。?）雙相不銹鋼
對鉻含量約為25%的雙相不銹鋼的力學(xué)性能研究表明，在α+r雙相區(qū)內(nèi)鎳含量增加時r相也增加。當(dāng)鋼中的鉻含量為5%時，鋼的屈服強度達到*高值；當(dāng)鎳含量為10%時，鋼的強度達到*大值。
對鉻含量約為25%的雙相不銹鋼的力學(xué)性能研究表明，在α+r雙相區(qū)內(nèi)鎳含量增加時r相也增加。當(dāng)鋼中的鉻含量為5%時，鋼的屈服強度達到*高值；當(dāng)鎳含量為10%時，鋼的強度達到*大值。
（二）304不銹鋼力學(xué)性能機械性能，蠕變強度
由于外力的作用隨時間的增加而發(fā)生變形的現(xiàn)象稱之為蠕變。在一定溫度下特別是在高溫下、載荷越大則發(fā)生蠕變的速度越快；在一定載荷下，溫度越高和時間越長則發(fā)生蠕變的可能性越大。與此相反，溫度越低蠕變速度越慢，在低至一定溫度時蠕變就不成問題了。這個*低溫度依鋼種而異，一般來說純鐵在330℃左右，而不銹鋼則因己采取各種措施進行了強化，所以該溫度是550℃以上。
和其他鋼一樣，熔煉方式、脫氧方法、凝固方法、熱處理和加工等對不銹鋼的蠕變特性有很大的影響。據(jù)介紹，在美國進行的對18-8不銹鋼進行蠕變強度試驗表明，取自同一鋼錠同一部位的試料的蠕變斷裂時間的標準今偏差是平均值的約11%，而取自不同鋼錠的上、中、下不同部位的試料的標準偏差與平均值相差則達到兩倍之多。又據(jù)在德國進行的試驗結(jié)果表明，在10的5次冪h時間下0Cr18Ni11Nb鋼的強度為小于49MPa至118MPa，散差很大。
由于外力的作用隨時間的增加而發(fā)生變形的現(xiàn)象稱之為蠕變。在一定溫度下特別是在高溫下、載荷越大則發(fā)生蠕變的速度越快；在一定載荷下，溫度越高和時間越長則發(fā)生蠕變的可能性越大。與此相反，溫度越低蠕變速度越慢，在低至一定溫度時蠕變就不成問題了。這個*低溫度依鋼種而異，一般來說純鐵在330℃左右，而不銹鋼則因己采取各種措施進行了強化，所以該溫度是550℃以上。
和其他鋼一樣，熔煉方式、脫氧方法、凝固方法、熱處理和加工等對不銹鋼的蠕變特性有很大的影響。據(jù)介紹，在美國進行的對18-8不銹鋼進行蠕變強度試驗表明，取自同一鋼錠同一部位的試料的蠕變斷裂時間的標準今偏差是平均值的約11%，而取自不同鋼錠的上、中、下不同部位的試料的標準偏差與平均值相差則達到兩倍之多。又據(jù)在德國進行的試驗結(jié)果表明，在10的5次冪h時間下0Cr18Ni11Nb鋼的強度為小于49MPa至118MPa，散差很大。
（三）疲勞強度
高溫疲勞是指材料在高溫下由于周期反復(fù)變化著的應(yīng)力的作用而發(fā)生損傷至斷裂的過程。對其進行的研究結(jié)果表明，在某一高溫下，10的8次冪次高溫疲勞強度是該溫度下高溫抗拉強度的1/2。
熱疲勞是指在進行加熱（膨脹）和冷卻（收縮）的過程中，當(dāng)溫度發(fā)生變化和受到來自外部的約束力時，在材料的內(nèi)部相應(yīng)于其本身的膨脹和收縮變形產(chǎn)生應(yīng)力，并使材料發(fā)生損傷。當(dāng)快速地反復(fù)加熱和冷卻時其應(yīng)力就具沖擊性，所產(chǎn)生的應(yīng)力與通常情況相比更大，此時有的材料呈脆性破壞。這種現(xiàn)象被稱之為縶沖擊。熱疲勞和熱沖擊是有著相似之處的現(xiàn)象，但前者主要伴隨大的塑性應(yīng)變，而后者的破壞主要是脆性破壞。
304不銹鋼力學(xué)性能機械性能，不銹鋼的成分和熱處理條件對高溫疲勞強度有影響。特別是當(dāng)碳的含量增加時高溫疲勞強度明顯提高，固溶熱處理溫度也有顯著的影響。一般來說鐵素體型不銹鋼具有良好的熱疲勞性能。在奧氏體不銹鋼中，高硅的且在高溫下具有良好的延伸性的牌號有著良好的熱疲勞性能。
熱膨脹系數(shù)越小、在同一熱周期作用下應(yīng)變量越小、變形抗力越小和斷裂強度越高，壽命就越長?？梢哉f馬氏體型不銹鋼1Cr17的疲勞壽命*長，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型不銹鋼的疲勞壽命*短。另外鑄件較鍛件更易發(fā)生由于熱疲勞引起的破壞。在室溫下，10的7次冪次疲勞強度是抗拉強度的1/2。與高溫下的疲勞強度相比可知，從室溫到高溫的溫度范圍內(nèi)疲勞強度沒有太大的差異。
高溫疲勞是指材料在高溫下由于周期反復(fù)變化著的應(yīng)力的作用而發(fā)生損傷至斷裂的過程。對其進行的研究結(jié)果表明，在某一高溫下，10的8次冪次高溫疲勞強度是該溫度下高溫抗拉強度的1/2。
熱疲勞是指在進行加熱（膨脹）和冷卻（收縮）的過程中，當(dāng)溫度發(fā)生變化和受到來自外部的約束力時，在材料的內(nèi)部相應(yīng)于其本身的膨脹和收縮變形產(chǎn)生應(yīng)力，并使材料發(fā)生損傷。當(dāng)快速地反復(fù)加熱和冷卻時其應(yīng)力就具沖擊性，所產(chǎn)生的應(yīng)力與通常情況相比更大，此時有的材料呈脆性破壞。這種現(xiàn)象被稱之為縶沖擊。熱疲勞和熱沖擊是有著相似之處的現(xiàn)象，但前者主要伴隨大的塑性應(yīng)變，而后者的破壞主要是脆性破壞。
304不銹鋼力學(xué)性能機械性能，不銹鋼的成分和熱處理條件對高溫疲勞強度有影響。特別是當(dāng)碳的含量增加時高溫疲勞強度明顯提高，固溶熱處理溫度也有顯著的影響。一般來說鐵素體型不銹鋼具有良好的熱疲勞性能。在奧氏體不銹鋼中，高硅的且在高溫下具有良好的延伸性的牌號有著良好的熱疲勞性能。
熱膨脹系數(shù)越小、在同一熱周期作用下應(yīng)變量越小、變形抗力越小和斷裂強度越高，壽命就越長?？梢哉f馬氏體型不銹鋼1Cr17的疲勞壽命*長，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型不銹鋼的疲勞壽命*短。另外鑄件較鍛件更易發(fā)生由于熱疲勞引起的破壞。在室溫下，10的7次冪次疲勞強度是抗拉強度的1/2。與高溫下的疲勞強度相比可知，從室溫到高溫的溫度范圍內(nèi)疲勞強度沒有太大的差異。
（四）沖擊韌性
材料在沖擊載荷作用下，載荷變形曲線所包括的面積稱為沖擊韌性。對于鑄造馬氏體時效不銹鋼，當(dāng)鎳含量為5%時其沖擊韌性較低。隨著鎳含量的增加，鋼的強度和韌性可得到改善，但鎳含量大于8%時，強度和韌性值又一次下降。在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中添加鉬后，可提高鋼的強度且可保持韌性不變。
雙相不銹鋼的沖擊韌性隨鎳含量的增加而提高。一般來說，在a+r兩相區(qū)內(nèi)其沖擊韌性穩(wěn)定在160-200J的范圍內(nèi)。200 系列—鉻-鎳-錳 奧氏體不銹鋼
300 系列—鉻-鎳 奧氏體不銹鋼
型號 301—延展性好，用于成型產(chǎn)品。也可通過機械加工使其迅速硬化。焊接性好?？鼓バ院推趶姸葍?yōu)于304不銹鋼。
型號 302—耐腐蝕性同304，由于含碳相對要高因而強度更好。
型號 303—通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。
型號 304—通用型號；即18/8不銹鋼。GB牌號為0Cr18Ni9。
型號 309—較之304有更好的耐溫性。
型號 316—繼304之后，**個得到*廣泛應(yīng)用的鋼種，主要用于食品工業(yè)和外科手術(shù)器材，添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結(jié)構(gòu)。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(yīng)用級別。
型號 321—除了因為添加了鈦元素降低了材料焊縫銹蝕的風(fēng)險之外其他性能類似304。
400 系列—鐵素體和馬氏體不銹鋼
型號 408—耐熱性好，弱抗腐蝕性，11%的Cr，8%的Ni。
型號 409—*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）。
型號 410—馬氏體（高強度鉻鋼），耐磨性好，抗腐蝕性較差。
型號 416—添加了硫改善了材料的加工性能。
型號 420—“刃具級”馬氏體鋼，類似布氏高鉻鋼這種*早的不銹鋼。也用于外科手術(shù)刀具，可以做的非常光亮。
型號 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。
型號 440—高強度刃具鋼，含碳稍高，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗罂梢垣@得較高屈服強度，硬度可以達到58HRC，屬于*硬的不銹鋼之列。*常見的應(yīng)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。
型號 630—*常用的沉淀硬化不銹鋼型號，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。
不銹鋼為什么耐腐蝕？
304不銹鋼力學(xué)性能機械性能，建議把地域分成四類，即：鄉(xiāng)村，城市，工業(yè)區(qū)和沿海地區(qū)。
鄉(xiāng)村是基本上無污染的區(qū)域。該區(qū)人口密度低，只有無污染的工業(yè)。
城市為典型的居住、商業(yè)和輕工業(yè)區(qū)，該區(qū)內(nèi)有輕度污染，例如交通污染。
工業(yè)區(qū)為重工業(yè)造成大氣污染的區(qū)域。污染可能是由于燃油所形成的氣體，例如硫和氮的氧化物，或者是化工廠或加工廠釋放的其它氣體。空氣中懸游的顆粒，像鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的灰塵或氧化鐵的沉積也會使腐蝕增加。
沿海地區(qū)通常指的是距海邊一英里以內(nèi)的區(qū)域。但是，海洋大氣可以向內(nèi)陸縱深蔓延，在海島上更是如此，盛行風(fēng)來自海洋，而且氣候惡劣。例如，英國氣候條件就是如此，所以整個國家都屬于沿海區(qū)域。如果風(fēng)中夾雜著海洋霧氣，特別是由于蒸發(fā)造成鹽沉積集聚，再加上雨水少，不經(jīng)常被雨水沖刷，沿海區(qū)域的條件就更加不利。如果還有工業(yè)污染的話，腐蝕性就更大。
美國、英國、法國、意大利、瑞典和澳大利亞所進行的研究工作已經(jīng)確定了這些區(qū)域?qū)Ω鞣N不銹鋼耐大氣腐蝕的影響。有關(guān)內(nèi)容在NiIDI出版的《建筑師便覽》中作了簡單介紹，該書中的表可以幫助設(shè)計人員為各種區(qū)域選擇成本效益*好的不銹鋼。
在進行選擇時，重要的是確定是否還有當(dāng)?shù)氐囊蛩赜绊懯褂矛F(xiàn)場環(huán)境。例如，不銹鋼用在工廠煙囪的下方，用在空調(diào)排氣擋板附近或廢鋼場附近，會存在非一般的條件。
材料在沖擊載荷作用下，載荷變形曲線所包括的面積稱為沖擊韌性。對于鑄造馬氏體時效不銹鋼，當(dāng)鎳含量為5%時其沖擊韌性較低。隨著鎳含量的增加，鋼的強度和韌性可得到改善，但鎳含量大于8%時，強度和韌性值又一次下降。在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中添加鉬后，可提高鋼的強度且可保持韌性不變。
雙相不銹鋼的沖擊韌性隨鎳含量的增加而提高。一般來說，在a+r兩相區(qū)內(nèi)其沖擊韌性穩(wěn)定在160-200J的范圍內(nèi)。200 系列—鉻-鎳-錳 奧氏體不銹鋼
300 系列—鉻-鎳 奧氏體不銹鋼
型號 301—延展性好，用于成型產(chǎn)品。也可通過機械加工使其迅速硬化。焊接性好?？鼓バ院推趶姸葍?yōu)于304不銹鋼。
型號 302—耐腐蝕性同304，由于含碳相對要高因而強度更好。
型號 303—通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。
型號 304—通用型號；即18/8不銹鋼。GB牌號為0Cr18Ni9。
型號 309—較之304有更好的耐溫性。
型號 316—繼304之后，**個得到*廣泛應(yīng)用的鋼種，主要用于食品工業(yè)和外科手術(shù)器材，添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結(jié)構(gòu)。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(yīng)用級別。
型號 321—除了因為添加了鈦元素降低了材料焊縫銹蝕的風(fēng)險之外其他性能類似304。
400 系列—鐵素體和馬氏體不銹鋼
型號 408—耐熱性好，弱抗腐蝕性，11%的Cr，8%的Ni。
型號 409—*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）。
型號 410—馬氏體（高強度鉻鋼），耐磨性好，抗腐蝕性較差。
型號 416—添加了硫改善了材料的加工性能。
型號 420—“刃具級”馬氏體鋼，類似布氏高鉻鋼這種*早的不銹鋼。也用于外科手術(shù)刀具，可以做的非常光亮。
型號 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。
型號 440—高強度刃具鋼，含碳稍高，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗罂梢垣@得較高屈服強度，硬度可以達到58HRC，屬于*硬的不銹鋼之列。*常見的應(yīng)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。
型號 630—*常用的沉淀硬化不銹鋼型號，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。
不銹鋼為什么耐腐蝕？
304不銹鋼力學(xué)性能機械性能，建議把地域分成四類，即：鄉(xiāng)村，城市，工業(yè)區(qū)和沿海地區(qū)。
鄉(xiāng)村是基本上無污染的區(qū)域。該區(qū)人口密度低，只有無污染的工業(yè)。
城市為典型的居住、商業(yè)和輕工業(yè)區(qū)，該區(qū)內(nèi)有輕度污染，例如交通污染。
工業(yè)區(qū)為重工業(yè)造成大氣污染的區(qū)域。污染可能是由于燃油所形成的氣體，例如硫和氮的氧化物，或者是化工廠或加工廠釋放的其它氣體。空氣中懸游的顆粒，像鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的灰塵或氧化鐵的沉積也會使腐蝕增加。
沿海地區(qū)通常指的是距海邊一英里以內(nèi)的區(qū)域。但是，海洋大氣可以向內(nèi)陸縱深蔓延，在海島上更是如此，盛行風(fēng)來自海洋，而且氣候惡劣。例如，英國氣候條件就是如此，所以整個國家都屬于沿海區(qū)域。如果風(fēng)中夾雜著海洋霧氣，特別是由于蒸發(fā)造成鹽沉積集聚，再加上雨水少，不經(jīng)常被雨水沖刷，沿海區(qū)域的條件就更加不利。如果還有工業(yè)污染的話，腐蝕性就更大。
美國、英國、法國、意大利、瑞典和澳大利亞所進行的研究工作已經(jīng)確定了這些區(qū)域?qū)Ω鞣N不銹鋼耐大氣腐蝕的影響。有關(guān)內(nèi)容在NiIDI出版的《建筑師便覽》中作了簡單介紹，該書中的表可以幫助設(shè)計人員為各種區(qū)域選擇成本效益*好的不銹鋼。
在進行選擇時，重要的是確定是否還有當(dāng)?shù)氐囊蛩赜绊懯褂矛F(xiàn)場環(huán)境。例如，不銹鋼用在工廠煙囪的下方，用在空調(diào)排氣擋板附近或廢鋼場附近，會存在非一般的條件。
