扯一下不锈钢

波塞冬的信徒

这一阵子光灌水了，今天扯点不一样的。看完我的，估计你对不锈钢的理解能上一层楼。


之前写过碳钢，合金钢的选材总结，主要任务是淬透性计算。


不锈钢的选材计算，只会一个，GB713.1。
耐点腐蚀当量PREN=Cr+3.3*(Mo+0.5*W)+16*N
PREN>32，耐海水，一般要求PREN>=40，practice。

下面就是比较碎的点，但还算有条理。

分类，就是马氏体不锈钢，铁素体不锈钢，奥氏体不锈钢，沉淀硬化不锈钢，双相钢。

首先说不锈，离不开Cr，就是拉Fe的电极化电位，-0.6V拉到+0V, 需要11.7%左右的Cr，所以一般材料Cr<12%，抗锈效果就一般；
想要效果好，Fe电位拉到+0.4V，Cr>=18%。

当然，Cr>=28%时，Fe电位可以拉到+1.8V，但为了获得单一奥氏体，根据经验式
Ni=1.1*(Cr+Mo+1.5*Si+1.5*Nb)-0.5Mn-30*C-8.2，
这得需要多少镍才能弄成单一奥氏体，镍很贵，这高档材料，不知道用在什么地方。

冒牌的304就是用Mn换掉Ni，奥氏体转化效果，大概2%Mn=1%Ni，当Cr>14%的时候，再多的Mn无法形成单一的奥氏体，那就把Cr也降低。
合金元素用得少，鼓捣出来的材料不知道是啥玩意，就叫它304，反正一句话，便宜。
告诉你了，便宜没好货，贪便宜就别抱怨质量不行，很公平的。

Cr是促进铁素体形成元素，Cr>=18%时，室温没法形成马氏体，所以马氏体钢的Cr含量不会超过18%。

当12%<Cr<18%时，不含Ni，决定一个不锈钢是马氏体不锈钢还是铁素体不锈钢，就看C含量，马氏体>=0.8，铁素体<=0.12。
从Cr13说起到Cr17，仨极限材料，1Cr13是马氏体，0Cr13就是铁素体，1Cr17也是铁素体，就是随Cr含量增多，形成铁素体，C的上限逐渐变大。

马氏体不锈钢，顾名思义，就容易裂，不好焊。跟着铁素体不锈钢，高Cr，焊后元素析出，晶界形成Cr23C6，就是晶间贫铬，抗晶间腐蚀就不好。
晶间腐蚀，就是存在强电解质，电化学腐蚀，只要溶液能电离，浓度够，无机盐，无机酸，就坏事了。
所以，马氏体不锈钢接触点弱电解质，比如水，灰啥的，凑合。

然后，看烧红的铁疙瘩很好捏，奥氏体嘛。于是给不锈钢也弄成奥氏体，就是加Ni，Mn这俩元素。
为啥这俩元素有这能耐？
因为它俩把马氏体转变温度线干得很低，室温没马氏体，都是奥氏体。

在齿轮材料中，知道Ni能大幅增加韧性，可Ni超过4%的合金材料，几乎没见过，为啥？
因为尽管渗碳处理啊或者中碳钢，碳含量很高，但Ni含量过高，淬火后表面没有转变成为完全的单一马氏体，残奥过多，大家都知道啥后果。

上面说，Mn也有促进奥氏体转变效果，所以，去看低温钢，当然要好韧性了，非常喜欢Mn, Ni这两种元素。

好一点的防锈，Cr最起码得18%吧，加上乱七八糟的元素，算一下，转变成单一奥氏体，Ni含量得>=8%.
所以，06Cr18Ni10，就是304，很熟悉了。
所以，00Cr22Ni5Mo3N，就是2205，双相，奥氏体——铁素体，为了耐点蚀，它涨了Cr，加了Mo，甚至增了N，就是不敢给Ni加足量了。
加够了，就“双”不了了。

为了防止晶间贫铬腐蚀，奥氏体不锈钢，给碳含量干得是越来越低，同时还加了Ti, Nb等稳定化元素。
为啥呢？
元素周期表，跟钢材料相关的元素，按族排列，Ti/Zr, V/Nb, Cr/Mo/W, Mn，Fe, Co, Ni，这些离Fe越远，越容易与碳结合。

也有估算的，Ti>=6*C, Nb>=10*C。
所以，1Cr18Ni9Ti, 就是321，
0Cr17Ni12Mo2，就是316，
0Cr23Ni13Mo2，就是309，都是迭代发展的材料。

说一个变态的，给里面塞Si的牌号，25-20系列，0Cr25Ni20Si2，就是310, 这材料看着就很够意思，合金元素很足，那么一定很贵。
塞Si是啥意思？
说是不锈钢Ti，Nb也加了，C也很低，固溶处理也没问题，但遇到浓硝酸这类东西，产生了非敏态化晶间腐蚀，当然，没那些处理措施就是敏态。
所以加Si>2%，就是消除这个现象。Si啥作用？好像就固溶，C族，估计浓硝酸干不动了。

沉淀不锈钢，就是Cr也没加到18%，Ni也没超过8%，比如0Cr17Ni4Cu4Nb。
Cr那么少，抗腐蚀不如奥氏体，说是比普通马氏体好，不知道干嘛用的。

说完不锈钢，扯一下耐热钢，与不锈钢重合，外加一种珠光体耐热钢，12CrMo, 15CrMo。
抗高温氧化嘛，Cr, Mo，就形成保护膜，但合金含量少，抗氧化肯定不如奥氏体。

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说挺好的，海水就对晶间破坏很大，单纯不锈钢就不行了，

寂静回声

铁的标准电位不是为-0.44V吗

加Cr难道不是为了在合金表面形成一层致密的钝化膜，从而阻止金属基体与腐蚀介质接触吗。

201不锈钢就是这种含镍元素低的不锈钢，尽管防锈性能比304不锈钢差，但成本相对较低。

马氏体不锈钢因为其金相是马氏体组织而被命名，含有较高比例的碳，经过淬火处理后形成硬而脆的特征。

晶粒间由于化学成分不同，会导致晶界区域与晶粒主体之间存在电位差。
而电化学腐蚀本就是金属的不同部位成为了电池的两极，在电解质环境中，晶界作为阳极更容易失去电子而被氧化，而晶粒内部作为阴极则发生还原反应。这一过程加速了晶界的腐蚀，而晶粒本身仍然保持相对完好，这就是晶间腐蚀，所以说晶间腐蚀是电化学腐蚀的特例。

马氏体的转变是一种无扩散型转变，即原子不通过长距离扩散来形成新的晶体结构。镍元素的作用是在不锈钢中扩大奥氏体的相区，即使温床低，含镍的铁碳合金也能保持奥氏体结构，或者在冷却中缓慢转变为马氏体，当含镍的马氏体钢重新加热到奥氏体化温度时，镍可以帮助材料快速转变为奥氏体。

310不锈钢中硅元素含量不大，它可以细化晶粒，小晶粒可以减缓腐蚀速度。

沉淀不锈钢就是对不锈钢作沉淀硬化处理，目的是在基体材料中析出沉淀相，这些沉淀相可以阻挡位错运动。位错可以理解为相结构中的线裂纹，而沉淀相就相当于钉子一样钉死位错，使它们不能滑移，从而提高材料的强度。所以沉淀不锈钢的优势之一就是强度高。
还有因为要形成沉淀相的缘故，所以这类不锈钢通常都含有铜、铌、钛等元素。这些元素有助于形成钝化膜，就能够阻挡氯离子，所以就使得沉淀不锈钢能够在化工和海洋领域得到应用。
然后呢，因为作沉淀硬化前必须要经过固溶处理，使得沉淀不锈钢的冷加工性也不错。

耐热钢耐热是因为钢中的铬硅铝元素在高温条件下能够在钢表面形成氧化膜，比如Cr2O3、SiO2、AL2O3等。奥氏体的抗氧化性也是因为其含铬量非常高，同样可以形成Cr2O3氧化膜，这层膜能抗高温，最关键的是即使这层膜受损，因为奥氏体的高铬性，会与空气中的氧气快速反应，重新形成氧化膜。所以自然棋高一筹。

波塞冬的信徒

寂静回声 发表于 2024-6-23 20:56
铁的标准电位不是为-0.44V吗

加Cr难道不是为了在合金表面形成一层致密的钝化膜，从而阻止金属基体与腐蚀介 ...

最恶劣的，差不多是-0.6V，
第一个斜坡，Cr12，差不多+0V，
第一个平台，Cr18，差不多+0.5V,
第二个平台，Cr30，差不多+1.8V。




瞬间清晰了吧.
铁素体不锈钢很少用Cr30。

Architect

Si啥作用？好像就固溶，C族，估计浓硝酸干不动了。
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可以均匀提高抗腐蚀电位。

initiate

用在高温炉子里的带荷载动部件上啊