不銹鋼有許多分類方法,如按化學成分分類,按功能特點分類,按金相組織和熱處理特征分類等。從熱處理生產工藝考慮,按金相組織和熱處理特征分類更具有實際意義。這也是常見的分類方法。在我國的相關標準中,如GB 1220《不銹鋼棒》、GB 2100《不銹耐酸鋼技術條件》,均是按這種方法分類的。其中,沉淀硬化不銹鋼的分類還考慮了熱處理特征。所謂按金相組織分類,就是指把鋼加熱到某一高溫溫度后快速冷卻到室溫所能獲得的金相組織種類。
不銹鋼按金相組織和熱處理特征分類,基本上可分為鐵素體型、馬氏體型、奧氏體型、沉淀硬化型、鐵素體-奧氏體型(即本書中的雙相不銹鋼)等五種類型。這里需要說明的是:有些不銹鋼,如1Cr13,加熱快冷后的金相組織是在馬氏體基體上含有少量鐵素體;9Cr18加熱并快冷后,金相組織是在馬氏體基體上含有少量碳化物;0Cr13Ni4Mo加熱快冷后,金相組織是在馬氏體基體上含有少量奧氏體;ZG1Cr18Ni9 加熱快冷后的金相組織是在奧氏體基體上含有少量鐵素體等,本書對它們都是以所獲得的基體組織為準分別歸屬馬氏體不銹鋼或奧氏體不銹鋼,而不在雙相不銹鋼范圍之內,本書中的雙相不銹鋼特指高溫加熱后快速冷卻到室溫,同時獲得鐵素體和奧氏體兩相組織的不銹鋼,且其中一相含量不低于25%。
這五類不銹鋼在成分,金相組織,耐腐蝕性,可達到的力學性能及熱處理方式等方面各有不同。
1. 鐵素體不銹鋼
鐵素體不銹鋼中的主要合金元素是鉻,當鋼中含有大于12%的鉻,再含有其他穩定鐵素體的元素時,則鋼中的組織結構基本上是鐵素體,在室溫下的組織也是鐵素體。
鐵素體不銹鋼的組織決定了其具有不太高的強度,而且不能通過熱處理方法強化,該鋼種有一定的塑性,但脆性較大。鐵素體不銹鋼對硝酸等氧化性介質有良好的耐腐蝕性。且隨著鉻含量的增加,其抗氧化性介質腐蝕的能力也增加。在還原性介質中的耐腐蝕性較差。在含氯化物介質中有良好的抗應力腐蝕開裂能力。
2. 馬氏體不銹鋼
馬氏體不銹鋼主要含12%~18%的鉻元素,并依據使用條件要求調整其含碳量,一般在0.1%~0.4%,對于做工具使用時,含碳量可達0.8%~1.0%.有的還根據需要加入一定量的鎳、鉬等合金元素。
馬氏體不銹鋼在加熱時可以發生相變,因此,可以通過熱處理方法在很大范圍內調整其力學性能,這使馬氏體不銹鋼可以用于制造有較高強度要求的零部件。
馬氏體不銹鋼在無機酸、有機酸及有機酸鹽中有較好的耐腐蝕性。在硫酸、鹽酸、熱硝酸中的耐腐蝕能力差。
3. 奧氏體不銹鋼
奧氏體不銹鋼都含有較高的鉻,一般大于18%,含有8%左右的鎳,有的以錳(Mn)取代部分鎳,為進一步提高耐腐蝕性,有的還加入鉬、銅、硅(Si)、鈦(Ti)、鈮(Nb)等合金元素。奧氏體不銹鋼與鐵素體不銹鋼相似,加熱時不發生相變,不能通過熱處理方法強化力學性能,其強度較低,塑性、韌性較高。
奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能比馬氏體不銹鋼好,鉻-鎳奧氏體不銹鋼對氧化性介質耐腐蝕,含鉬、銅、硅的奧氏體不銹鋼在硫酸中有更好的耐腐蝕性。含穩定化元素鈦或鈮的奧氏體不銹鋼有良好的抗晶間腐蝕性能。提高奧氏體不銹鋼中鉻、鉬、鎳、氮元素,可提高抗點腐蝕性能。
4. 沉淀硬化不銹鋼
沉淀硬化不銹鋼的特點是,在成分中除含有鉻、鎳元素外,還含有可以在熱處理時能形成沉淀析出相的銅、鋁(Al)、鈦、鈮、鉬等元素,并以此使鋼得到強化。
沉淀硬化不銹鋼可以通過熱處理方法調整力學性能。所以,沉淀硬化不銹鋼既彌補了馬氏體不銹鋼耐腐蝕性較差的不足,又彌補了奧氏體不銹鋼不能通過熱處理方法強化的不足,使其既保證機械性能有較大的調節空間,又具有較好的耐腐蝕性能,越來越得到重視。
5. 雙相不銹鋼(鐵素體-奧氏體不銹鋼)
雙相不銹鋼一般含有17%~30%的鉻和3%~13%的鎳,另外,還加入鉬、銅、鈮、氮等元素。另一個特點是將含碳量控制得很低。依據成分不同,有的以鐵素體為主,有的以奧氏體為主,構成鐵素體和奧氏體兩相共存的組織狀態。
雙相不銹鋼采用正確的固溶處理后,因為含有強化元素,使其具有比奧氏體不銹鋼稍高的機械性能。
雙相不銹鋼中因含有較高量的鉻及其他多種對耐腐蝕性有效的合金元素,所以,耐腐蝕性能好,特別是耐點腐蝕、縫隙腐蝕及耐應力腐蝕開裂性能好。雙相不銹鋼雖然出現得較晚,但已經受到重視,應用于各個方面。