奥氏体不锈钢有哪些 奥氏体不锈钢专题

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第四讲：奥氏体不锈钢专题

技术本部

2003-05-27

1. 概述

2. 奥氏体不锈钢的成分 3. 奥氏体不锈钢的组织 3.1铁素体相的形成 3.2马氏体转变

3.3碳化物（氮化物）的沉淀析出 3.4金属间相 4. 奥氏体不锈钢的性能 4.1奥氏体不锈钢的物理性能 4.2奥氏体不锈钢的力学性能 4.3.奥氏体不锈钢的焊接性能 4.4.奥氏体不锈钢的耐蚀性能 5.奥氏体不锈钢的应用

1.概述

奥氏体不锈钢1913年在德国问世，在不锈钢中一直扮演着最重要的角色，其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%。钢号也最多，当今我国常用奥氏体不锈钢的牌号就有40多个，最常见的就是18-8型。

定义：常温下具有奥氏体组织的不锈钢。 分类：Fe-Cr-Ni (主体)

Fe-Cr-Mn

国内外牌号对比：

2. 奥氏体不锈钢的成分

在18-8型不锈钢的成分基础上演变，主要有以下几方面的重要发展： 1) 加Mo改善点蚀和耐缝隙腐蚀

2) 降C或加Ti、Nb，减少晶间腐蚀倾向 3) 加Ni和Cr改善高温抗氧化性和强度 4) 加Ni改善抗应力腐蚀性能

5) 加S、Se改善切削性和构件表面精度

奥氏体不锈钢成分系统图

3. 奥氏体不锈钢的组织 3.1铁素体相的形成

3.1.1铁素体相对奥氏体不锈钢性能的影响

F相的出现一般都对奥氏体不锈钢的性能带来不利的影响：如使热加工产生裂纹的倾向性增大；钢的耐点蚀性下降，在诸多腐蚀环境（如尿素生产）中耐蚀性劣化；在高温下加长时间加热时，F相会转变为ζ相使钢变脆等等。

3.1.2铁素体相的形成与含量的粗略判定

含量的粗略判定：

图4-2 不锈钢焊缝金属的组织 (a)Schaeffler图 (b)Delong图

图4-3 室温下变形奥氏体不锈钢的组织

Creq=%Cr+1.5⨯%Si+%Mo；Nieq=%Ni+30⨯(%C+%N)+0.5⨯%Mn

Creq=%Cr+1.5×%Si+%Mo，Nieq=%Ni+30×(%C+%N)+0.5×%Mn

3.1.3铁素体相的消除

根本的办法是提高钢中奥氏体形成元素的含量。Ni是首选的元素，但是从经济的角度出发，Mn和N也受到人们的重视。特别是N，其抑制铁素体形成的能力为Ni的30倍，同时又有改善耐蚀性和提高强度的作用，

3.2马氏体转变

由Fe-Cr-Ni合金三元相图可知，大部分常用铬镍奥氏体不锈钢自高温奥氏体状态骤冷到室温所得到的奥氏体基体组织都是亚稳定的，在继续冷却或者经受冷变形时会部分转变为马氏体组织。对于每种钢都存在着两个马氏体转变的临界温度——Ms(冷却中开始产生马氏体转变的最高温度)和Md（冷变形诱发马氏体转变的最高温度）。

马氏体的两种形态：α’马氏体，体心立方结构，铁磁性

ε马氏体，密集六方结构，非铁磁性

3.3碳化物（氮化物）的沉淀析出

图4-10 碳在Fe-18Cr-10Ni奥氏体不锈钢中的溶解度

常见碳化物是M23C6型，其次还有MC和M6C型等。

图4-14 TiC在1Cr18Ni9Ti钢中的溶解度

3.4金属间相

金属间相是指由钢中的两种或两种以上的金属元素构成的金属间化合物，简称为中间相。

广义地讲，凡以元素周期表中B过渡族元素（Mn、Fe、Co和Ni等）为基体，含有A副族元素（Ti、V和Cr等）的合金系都能形成一系列金属间相。

常用奥氏体不锈钢中出现的金属间相主要有ζ相、χ相和Laves相(η相)等。

①电子空位数NV等于合金中各元素的电子空位数与该元素原子百分数的乘积之和，即：

NV=0.66Ni+1.71Co+2.66Fe+4.66(Cr+Mo+W)+5.66V+6.66Zr+10.66Nb

电子空位数NV=0.66Ni+1.71Co+2.66Fe+4.66(Cr+Mo+W)+5.66V+6.66Zr+10.66Nb

图4-16 ζ相形成对奥氏体不锈钢室温冲击韧性的影响

4. 奥氏体不锈钢的性能

奥氏体不锈钢与铁素体、马氏体不锈钢的特性比较表

4.1奥氏体不锈钢的物理性能

不锈钢的物理性能主要用以下几方面来表示：

①比热

单位质量的物质温度改变1度所需要的热量。 ②弹性模量

当施加力于单位长度棱柱的两端能引起物体在长度上的单位变化时，单位面积上所需的力

③热膨胀系数

因温度变化而引起物质量度的变化。膨胀系数是膨胀－温度曲线的斜率，两个指定的温度之间的平均斜率是平均热膨胀系数。通常是用长度表示。

④热导率

物质导热的速率的量度。在单位截面积物质上建立单位长度上的1度的温度梯度时，那么热导率定义为单位时间传导的热量。

表 常用奥氏体不锈钢的物理性能

4.2奥氏体不锈钢的力学性能

4.2.1常用奥氏体不锈钢的力学性能

4.2.2奥氏体不锈钢的冷作强化：

稳定奥氏体和亚稳定奥氏体：

图4-30 301和310不锈钢应力应变曲线

301(Cr17Ni7)——亚稳定奥氏体 310(Cr25Ni20)——稳定奥氏体

冷变形对301不锈钢室温力学性能的影响：

图4-120 冷变形对301不锈钢室温力学性能的影响

4.3.奥氏体不锈钢的焊接性能

4.3.1奥氏体不锈钢物理特性对焊接的影响

1）电阻系数远大于低碳钢，为其4倍，焊接时焊条（或焊丝）及焊接区的母材都比较容易被加热而融化，因此焊接规范要小于低碳钢，电流是碳钢的80%，并且尽可能使用较快的焊接速度。

2）膨胀系数大约是低碳钢的1.35倍，导热系数约为低碳钢的1/3，所以奥氏体不锈钢有较大的热裂纹敏感性。

4.3.2奥氏体不锈钢的焊接特点

1）焊接热过程

图4-43 不锈钢焊缝结晶和焊接热循环曲线示意图

2）多采用手工焊、埋弧自动焊、TIG（钨极亚弧焊）和MIG（融化极亚弧焊）气体保护焊等方法。

图 TIG和MIG的焊接原理

3）焊接过程中一般不发生组织变化，因此不必预热。在某些情况下预热是有害的，会引起碳化物析出或产生翘曲。

4）焊缝组织中含有适量的铁素体可减少焊缝热裂和微裂纹敏感性：铁素体可以溶解Nb、Si、P、S等元素，防止焊缝产生低熔点共晶物，另外在结晶过程中，铁素体首先结晶出来，增加了晶核，加快了一次组织方向性和细化晶粒，且铁素体膨胀系数小，有利于减小焊缝的收缩应力。

4.3.3奥氏体不锈钢焊接填充金属的选择

4.4.奥氏体不锈钢的耐蚀性能

4.4.1均匀腐蚀

奥氏体不锈钢耐均匀腐蚀性能主要取决于钢中Cr、Ni、Mo、Cu、Si等合金元素的含量。

1Cr18Ni9在不同酸溶液中的等腐蚀曲线 (a)HNO3 (b)CH3COOH (c)H3PO4 (d)H2SO4

○：优秀 ●：良好 ◆：一般 ■：较差I：室内环境 L：轻腐蚀环境 M：一般环境 H：恶劣腐蚀环境

4.4.2晶间腐蚀

防止措施： 1. 降碳

2. 添加稳定化元素Ti、Nb等

3. 固溶处理：在1050～1150℃可得到完全均匀的奥氏体组织，然后快速冷却，避免在晶界析出连续的网状碳化物。 选材：

304L、316L等（低碳），321、347等（添加Ti/Nb）

4.4.3点蚀

点蚀一般发生在特定腐蚀介质中，特别是含有Cl－(包括Br－，I－)离子的介质。

图 点蚀反应模型图

影响奥氏体不锈钢点蚀的因素：

1. 合金元素：Cr、Mo、N提高耐点蚀性

M.B.Rockel研究了一系列常用不锈钢的耐点蚀性，得出合金对点蚀的影响如下图：

图4-74合金对点蚀的影响

2. 钢的显微组织：硫化物、δ-铁素体、ζ相一般对耐点蚀性有害 3. 钢的表面状态：提高光洁度和均匀性提高耐点蚀性能

选材：

316、316L等(添加Mo)

5.奥氏体不锈钢的应用