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不锈钢可以按组织特征、用途、化学成份、表面类别等多种方式进行分类。
常见的一种分类方法-不锈钢按其组织特征分为:奥氏体型、奥氏体-铁素体、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型五类。
奥氏体型钢(A):主要合金元素为铬和镍,其次有钛、铌、钼、氮、锰等。具有稳定的奥氏体组织,加热无相变,无铁磁性。这类钢韧性高,脆性转变温度低,具有良好的耐蚀性和高温强度,较好的抗氧化性,良好的压力加工和焊接性能,但屈服强度较低,且不能采用热处理方法强化。
铁素体型钢(F):主要合金元素为铬,其含量通常等于大于13%,不含镍,有些钢种还添加钼、钛、硫等。加热时无相变,且存在加热晶粒长大不可逆性,不能用热处理方法改变。高铬铁素体型不锈钢存在475℃和σ相析出产生的脆性,可用加热到550℃或800℃以上然后快冷加以。这类钢具有良好的抗氧化性介质的腐蚀能力,并具有良好的热加工性及一定的冷加工性能。但缺口敏感性和脆性转变温度较高,加热后对晶间腐蚀也较为敏感。
奥氏体-铁素体型钢(双相不锈钢)(A-F):在18-8型奥氏体不锈钢的基础上添加更多的铬钼和硅元素,或降低含碳量制成。其屈服强度约为奥氏体型钢两倍,可焊性良好,韧性较高,应力腐蚀、晶间腐蚀及焊接热裂倾向较奥氏体型钢小。
马氏体型钢(M):主要合金元素是铬,其含量13%以上,含碳量较高,热处理时有相变,可采用热处理方法强化。淬透性较高,含碳高的钢的钢空淬也能得到马氏体。钢在淬火回火状态使用,有较高的强度、硬度和耐磨性。
沉淀硬化型钢(PH):经沉淀硬化热处理后具有高的强度,耐蚀性优于铁素体型钢而略低于奥氏体型钢。
2Cr18Ni9,1Cr18Ni9,0Cr18Ni9这三种钢均属于奥氏体不锈钢。在固溶态, 钢的塑性、韧性、冷加工怀均良好,在氧化性酸和大气、水、蒸汽等介质中耐蚀性亦佳。但在敏化态或焊后,这些钢均具有晶间腐蚀倾向,因而在有晶间腐蚀产生的条件下,2Cr19Mi9和1Cr18Ni9一般均不适于用作焊接结构材料,而0Cr19Ni9仅能用作薄截面尺寸的焊接件。就钢的耐蚀性和钢的强度而论,以2Cr18Ni9,1Cr18Ni9,0Cr18Ni9为序,耐蚀性依次变好,强度依次降低。
0Cr18Ni9适于制造深冲成型的部件以及输酸管道、容器等;1Cr18Ni9主要用作各种耐蚀结构件和要求无磁的部件,也可用于低温环境中;2Cr18Ni9主要用于具有强度要求的结构件,如设备的外壳、紧固件等。它们应避免在产生应力腐蚀、孔蚀和缝隙腐蚀的条件下使用。
1Cr18Ni9Ti , 0Cr18Ni9Ti , 00Cr18Ni10 这三种奥氏体不锈钢是为了解决1Cr18Ni9,0Cr18Ni9焊后具有晶间腐蚀倾向,因而难以应用于焊接设备和部件的不足而发展的。它们是迄今不锈钢中产量较大、应用较为广泛的三种牌号。
不锈钢的发明是世界冶金史上的一项重大成就。20世纪初,吉耶(L.B.Guillet)于1904年—1906年和波特万(A.M.Portevin)于1909—1911年在法国;吉森(W.Giesen)于1907—1909年在英国分别发现了Fe—Cr和Fe—Cr-Ni合金的耐腐蚀性能。蒙纳尔茨(P.Monnartz)于1908-1911年在德国提出了不锈性和钝化理论的许多观点。工业用不锈钢的发明者有:布里尔利(H.Brearly)1912—1913年在英国开发了含Cr12%—13%的马氏体不锈钢;丹齐曾(C.Dantsizen)1911—1914年在美国开发了含Cr14%—16%,C 0.07% —0.15%的铁素体不锈钢;毛雷尔(E.Maurer)和施特劳斯(B.Strauss)1912—1914年在德国开发了含C<1%,Cr 15%—40%,Ni<20%的奥氏体不锈钢。1929年,施特劳斯(B.Strauss)取得了低碳18-8(Cr-18%,Ni-8%)不锈钢的 权。为了解决18-8钢的敏化态晶间腐蚀,1931年德国的霍德鲁特(E.Houdreuot)发明了含Ti的18-8不锈钢(相当于现在的1Cr18Ni9Ti或AISI 321)。几乎与此同时,在法国的Unieux实验室发现了奥氏体不锈钢中含有铁素体时,钢的耐晶间腐蚀性能会得到明显改善,从而开发了γ+α双相不锈钢。1946年,美国的史密斯埃塔尔(R.Smithetal)研制了马氏体沉淀硬化型不锈钢17-4PH;随后既具有高强度又可进行冷加工成形的半奥氏体沉淀硬化不锈钢17-7PH和PH15-7Mo等相继问世。至少,不锈钢家族中的主要钢类,即马氏体、铁素体、奥氏体、α+γ双相以及沉淀硬化型等不锈钢*便基本齐全了,且一直延续到现在。
铁素体不锈钢中的相
铁素体不锈钢中的相主要有碳化物、氮化物,金属间相和马氏体相等。
(1)碳化物和氮化物
研究表明,碳和氮在铁素体中的溶解度非常低。例如,在含铬26%的铁素体不锈钢中1093℃时,碳在钢中的溶解度为0.04%,而在927℃仅为0.004%,温度再低要降到0.004%以下;927℃以上时,氮在钢中的溶解度为0.023%,而在593℃仅为0.006%,因此,铁素体不锈钢在高温加热和在随后冷却的过程中,即使急冷,也常常难以防止碳化物和氮化物的析出。
铁素体不锈钢中的碳化物主要是(Cr,Fe)23C6和(Cr,Fe)7C3 .
铁素体不锈钢中的氮化物主要是CrN+Cr2N。
(2)金属间相
铁素体不锈钢中的金属间相主要有αˊ相和б相
① αˊ相:早期曾发现,铬含量>15%的铁素体不锈钢在400-500℃范围内长时间保温会产生强烈的脆化,并使钢的强度硬度显著提高。这种现象一般称之为475℃脆化。