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不銹鋼（stainlesssteel）
鉻含量不少于12％的耐腐蝕鋼，是不銹耐酸鋼的簡稱。鋼中的鉻與腐蝕介質(zhì)中的氧作用，在鋼的表面形成一層很薄的氧化膜，稱為自鈍化膜，使鋼在空氣、水和酸、堿、鹽中很耐腐蝕。鋼中除鉻以外，還可加入鎳、鉬、銅、鈦等合金元素，使其具有更好的耐蝕性、工藝性或機(jī)械性能等。不銹鋼一般分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和高強(qiáng)度不銹鋼3類。
鉻不銹鋼
含鉻量在12～30％之間。最早于1912年由英國的H.布里爾利制成。按室溫下的組織結(jié)構(gòu)，鉻不銹鋼又分為鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼兩類。鐵素體不銹鋼含碳量較低，不能熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度低，可焊性差，如0Cr13、0Cr17Ni等，主要用于制作硝酸工業(yè)、人造纖維和食品工業(yè)的設(shè)備。碳、氮總含量在0.02％以下的超純鐵素體不銹鋼，如00Cr27Mo鋼等有更好的耐蝕性和工藝性能。馬氏體不銹鋼含碳量較高，經(jīng)淬火熱處理后能獲得很高的強(qiáng)度和硬度，但耐蝕性較差，如1Cr13、4Cr13、9Cr18MoV鋼等，多用于制造承受高載荷的汽輪機(jī)葉片、螺栓以及要求高硬度的閥片、刀具和軸承等。
鉻鎳不銹鋼
含鉻12～30％、鎳6～12％和少量其他元素。這種鋼的含碳量極低，室溫時(shí)呈奧氏體或奧氏體加鐵素體組織。它比鉻不銹鋼具有更好的耐蝕性、可焊性和成型性。最早的鉻鎳不銹鋼于1912年由德國的B.施特勞斯和E.茅雷爾制成。現(xiàn)代最常用的是含鉻18％、鎳8%的18-8型不銹鋼。這種不銹鋼屈服強(qiáng)度低，不能熱處理強(qiáng)化。但加工強(qiáng)化傾向大，通過冷加工可獲得高強(qiáng)度的線材和帶材。常用鋼種如0Cr18Ni9、0Cr17Ni13Mo2等，多用于制作化工容器、設(shè)備襯里、輸送管道、醫(yī)療器械和儀表等。加入銅和鉬的不銹鋼，如0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti等在稀硫酸、磷酸等非氧化性介質(zhì)中有較好的耐蝕性。含碳量在0.03％以下的超低碳鎳鉻奧氏體不銹鋼如00Cr18Ni10、00Cr17Ni13Mo2，含鈦的鉻鎳奧氏體不銹鋼如0Cr18Ni9Ti等有較好的抗晶間腐蝕能力。含錳、氮的鉻鎳奧氏體不銹鋼，如1Cr18Mn8Ni5N和0Cr18Ni9N等，有較高的屈服強(qiáng)度。
高強(qiáng)度不銹鋼
分馬氏體不銹鋼和沉淀強(qiáng)化不銹鋼兩類。馬氏體不銹鋼屬鉻不銹鋼。沉淀強(qiáng)化不銹鋼是含有適量的銅、鋁、鈦等合金元素的鉻鎳不銹鋼，經(jīng)固溶熱處理后呈奧氏體、半奧氏體或馬氏體組織，再經(jīng)時(shí)效熱處理后，鋼內(nèi)進(jìn)一步析出彌散的強(qiáng)化相，使鋼具有很高的強(qiáng)度(σb)≥1000兆帕)，并保持較好的韌性和耐蝕性，如0Cr17Ni26A12MoVTi、0Cr17Ni7Al和0Cr17Ni4Cu4Nb鋼等，常用于制作耐腐蝕高壓容器、高載荷零部件、飛行器蒙皮和彈簧等。另外，相變誘發(fā)塑性不銹鋼(TRIP)是現(xiàn)代新發(fā)展的不銹鋼，具有更高的強(qiáng)度，也有較好的耐蝕性。
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| 一、不銹鋼熱軋鋼板 |
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| 不銹鋼熱軋鋼板是用熱軋工藝生產(chǎn)的不銹鋼鋼板。厚度不大于3mm的為薄板，厚度大于3mm的為厚板。用于化工、石油、機(jī)械、船舶等行業(yè)制造耐蝕零件、容器和設(shè)備。其分類和牌號如下： |
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1．奧氏體型鋼
(1)1Cr17Mn6Ni15N；(2)1Cr18Mn8Ni5N；(3)1Cr18Ni9；(4)1Cr18Ni9Si3；(5)0Cr18Ni9；
(6)00Cr19Ni10；(7)0Cr19Ni9N；(8)0Cr19Ni10NbN；(9)00Cr18Ni10N；(10)1Cr18Ni12；
（11)
0Cr23Ni13；(12)0Cr25Ni20；(13) 0Cr17Ni12Mo2；(14)
00Cr17Ni14Mo2；
(15) 0Cr17Ni12Mo2N；(16)
00Cr17Ni13Mo2N；(17) 1Cr18Ni12Mo2Ti；(18)
0Cr18Ni12Mo2Ti；
(19) 1Cr18Ni12Mo3Ti；(20)
0Cr18Ni12Mo3Ti；(21) 0Cr18Ni12Mo2Cu2；
(22)
00Cr18Ni14Mo2Cu2；(23) 0Cr19Ni13Mo3；(24)
00Cr19Ni13Mo3；(25) 0Cr18Ni16Mo5；
(26)
1Cr18Ni9Ti；(27) 0Cr18Ni10Ti；(28) 0Cr18Ni11Nb；(29)
0Cr18Ni13Si4 |
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2．奧氏體——鐵素體型鋼
（30）0Cr26Ni5Mo2；（31）00Cr18Ni5Mo3Si2； |
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3．鐵素體型鋼
（32）0Cr13Al；(33)
00Cr12；(34)1Cr15；(35)1Cr17；(36)1Cr17Mo；(37)00Cr17Mo；
(38)00Cr18Mo2；(39)00Cr30Mo2；(40)00Cr27Mo |
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4．馬氏體型鋼
（41）1Cr12；（42）0Cr13；（43）；1Cr13；（44）2Cr13；（45）3Cr13；（46）4Cr13；
（47）3Cr16；（48）7Cr17 |
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5．沉淀硬化型鋼
（49）0Cr17Ni7Al |
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| 二、不銹鋼冷軋鋼板 |
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| 不銹鋼冷軋鋼板是用冷軋工藝生產(chǎn)的不銹鋼鋼板，厚度不大于3mm的為薄板，厚度大于3mm的為厚板。用于制作耐腐蝕部件，石油、化工的管道、容器、醫(yī)療器械、船舶設(shè)備等，其分類和牌號如下： |
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1．奧氏體型鋼
除與熱軋部分相同外（29種），還有：（1）2Cr13Mn9Ni4(2)1Cr17Ni7(3)
1Cr17Ni8 |
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2．奧氏體——鐵素體型鋼
除與熱軋部分相同外（2種），還有：(1)1Cr18Ni11Si4AlTi(2)
1Cr21Ni5Ti |
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3．鐵素體型鋼
除與熱軋部分相同外（9種），還有：00Cr17 |
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4．馬氏體型鋼
除與熱軋部分相同外（8種），還有1Cr17Ni2 |
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5．沉淀硬化型鋼
（49）0Cr17Ni7Al |
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| 三、鐵素體、奧氏體、馬氏體簡介 |
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大家知道固態(tài)金屬及合金都是晶體，即在其內(nèi)部原子是按一定規(guī)律排列的，排列的方式一般有三種即：體心立方晶格結(jié)構(gòu)、面心立方晶格結(jié)構(gòu)和密排六方晶格結(jié)構(gòu)。金屬是由多晶體組成的，它的多晶體結(jié)構(gòu)是在金屬結(jié)晶過程中形成的。組成鐵碳合金的鐵具有兩種晶格結(jié)構(gòu)：910℃以下為具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)的α——鐵，910℃以上為具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)的Υ——鐵。如果碳原子擠到鐵的晶格中去，而又不破壞鐵所具有的晶格結(jié)構(gòu)，這樣的物質(zhì)稱為固溶體。碳溶解到α——鐵中形成的固溶體稱鐵素體，它的溶碳能力極低，最大溶解度不超過0.02%。而碳溶解到Υ——鐵中形成的固溶體則稱奧氏體，它的溶碳能力較高，最高可達(dá)2%。奧氏體是鐵碳合金的高溫相。
鋼在高溫時(shí)所形成的奧氏體，過冷到727℃以下時(shí)變成不穩(wěn)定的過冷奧氏體。如以極大的冷卻速度過冷到230℃以下，這時(shí)奧氏體中的碳原子已無擴(kuò)散的可能，奧氏體將直接轉(zhuǎn)變成一種含碳過飽和的α固溶體，稱為馬氏體。由于含碳量過飽和，引起馬氏體強(qiáng)度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。
不銹鋼的耐蝕性主要來源于鉻。實(shí)驗(yàn)證明，只有含鉻量超過12%時(shí)鋼的耐蝕性能才會(huì)大大提高，因此，不銹鋼中的含鉻量一般均不低于12%。由于含鉻量的提高，對鋼的組織也有很大影響，當(dāng)鉻含量高而碳含量很少時(shí)，鉻會(huì)使鐵碳平衡，圖上的Υ相區(qū)縮小，甚至消失，這種不銹鋼為鐵素體組織結(jié)構(gòu)，加熱時(shí)不發(fā)生相變，稱為鐵素體型不銹鋼。
當(dāng)含鉻量較低（但高于12%），碳含量較高，合金在從高溫冷卻時(shí)，極易形成馬氏體，故稱這類鋼為馬氏體型不銹鋼。
鎳可以擴(kuò)展Υ相區(qū)，使鋼材具有奧氏體組織。如果鎳含量足夠多，使鋼在室溫下也具有奧氏體組織結(jié)構(gòu)，則稱這種鋼為奧氏體型不銹鋼。 |
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| 四、我國和日本常用不銹鋼鋼號的近似對照 |
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| 1．對照表： |
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| 日本（JIS） |
中國（GB） |
| SUS304 |
0Cr18Ni9(0Cr19Ni9) |
| SUS 304L |
00Cr19Ni10(00Cr18Ni10) |
| SUS 309S |
0Cr23Ni13 |
| SUS 310S |
0Cr25Ni20(1Cr25Ni20Si2) |
| SUS 316 |
0Cr17Ni12Mo2(0Cr18Ni12Mo2Ti) |
| SUS 316L |
00Cr17Ni14Mo2 |
| SUS 321 |
1Cr18Ni9Ti(0Cr18Ni9Ti) |
| SUS 430 |
1Cr17 |
| SUS 403 |
1Cr12 |
| SUS 410 |
1Cr13 |
| SUS 420J1 |
2Cr13 |
| SUS 420J2 |
3Cr13 |
| SUS 431 |
1Cr17Ni2 | |
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| 2．牌號后掇NO．1表示熱軋后進(jìn)行熱處理、酸洗或類似的處理；NO．2表示冷軋后進(jìn)行熱處理、酸洗或相應(yīng)處理；NO．2B表示冷軋后進(jìn)行熱處理、酸洗或類似的處理，最后經(jīng)冷軋獲得適當(dāng)光潔度。如304NO．1不銹鋼板表示牌號為304的熱軋不銹鋼板。再如321-2B表示牌號為321的冷軋不銹鋼板，表面要求冷軋后進(jìn)行熱處理，酸洗或類似的處理，最后經(jīng)冷軋獲得適當(dāng)光潔度。 |
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| 五、不銹鋼在各領(lǐng)域的應(yīng)用 |
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1．1960年——1999年約40年間，西方國家的不銹鋼產(chǎn)量從215萬噸猛增到1728萬噸，增加了約8倍，平均年增長率約為5．5%。不銹鋼主要用于廚房、家電、運(yùn)輸、建筑、土木各領(lǐng)域。在廚房器具方面主要有水洗槽和電氣、煤氣熱水器，家電產(chǎn)品主要有全自動(dòng)洗衣機(jī)的滾筒。從節(jié)能和再循環(huán)等環(huán)保的觀點(diǎn)看，不銹鋼的需求有望進(jìn)一步擴(kuò)大。
在運(yùn)輸領(lǐng)域主要有鐵道車輛和汽車的排氣系統(tǒng)，用于排氣系統(tǒng)的不銹鋼在每輛車中約為20-30kg，全世界的年需求約100萬噸，這是不銹鋼最大的應(yīng)用領(lǐng)域。
在建筑領(lǐng)域，最近的需求急劇增長，如：新加坡地鐵車站的防護(hù)裝置，使用了約5000噸的不銹鋼外裝飾材。再如日本1980年以后，用于建筑業(yè)的不銹鋼增長了約4倍，主要用作屋頂、大樓內(nèi)外裝飾和結(jié)構(gòu)材。80年代，在日本沿海地區(qū)使用304型無涂漆材作為屋頂材料，從防銹考慮，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂猛科岵讳P鋼。進(jìn)入90年代，開發(fā)了具有高耐蝕性的20%以上高Cr鐵素體系不銹鋼，被用作屋頂材料，同時(shí)為了美觀性，開發(fā)了各種表面精加工技術(shù)。
在土木領(lǐng)域，日本的水壩吸水塔使用不銹鋼。歐美的寒冷地區(qū)，為防止高速公路和橋梁的凍結(jié)需撒鹽，這就加速了鋼筋的腐蝕，所以使用不銹鋼鋼筋。在北美的道路中，近3年間約有40處采用了不銹鋼鋼筋，每處的使用量為200-1000噸，今后不銹鋼在該領(lǐng)域的市場將有所作為。 |
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2．今后擴(kuò)大不銹鋼應(yīng)用的關(guān)鍵是環(huán)保、長壽命和IT的普及。
關(guān)于環(huán)保方面，首先從大氣環(huán)保的觀點(diǎn)看，用于抑制二惡英發(fā)生的高溫垃圾焚燒裝置、LNG發(fā)電裝置和使用煤的高效發(fā)電裝置的耐熱、耐高溫腐蝕不銹鋼的需求將擴(kuò)大。還有估計(jì)在21世紀(jì)初將投入實(shí)際應(yīng)用的燃料電池汽車的電池殼也將使用不銹鋼。從水質(zhì)環(huán)保的觀點(diǎn)看，在給水、排水處理裝置中，具有優(yōu)異耐蝕性的不銹鋼也將擴(kuò)大需求。
關(guān)于長壽命，在歐洲已有的橋梁、高速公路、隧道等設(shè)施中，不銹鋼的應(yīng)用在增加，預(yù)計(jì)這種潮流將遍及全世界。還有日本一般住宅建筑的壽命特別短為20-30年，廢材處理成為一大問題。最近以壽命達(dá)到100年為目標(biāo)的建筑物開始出現(xiàn)，這樣具有優(yōu)異耐久性的材料需求將增長。從地球環(huán)保的觀點(diǎn)看，長壽命在減少土木、建筑廢材的同時(shí)，有必要從引入新概念的設(shè)計(jì)階段探討如何降低維修成本。
關(guān)于IT的普及，在IT的發(fā)展和普及過程中，功能材料在設(shè)備硬件方面起很大的作用，對高精密度、高功能材料的要求非常大。如：在手機(jī)和微機(jī)部件中，靈活應(yīng)用了不銹鋼的高強(qiáng)度、彈性和非磁性等特性，使得不銹鋼的應(yīng)用擴(kuò)大。還有在半導(dǎo)體和各種基板的制造設(shè)備中，具有良好清潔度和耐久性的不銹鋼發(fā)揮了重要作用。
不銹鋼具有多種其它金屬?zèng)]有的優(yōu)異性能，是一種具有優(yōu)異耐久性和再循環(huán)性的材料，今后對應(yīng)時(shí)代的變化，不銹鋼將廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。 |
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