锈钢按化学成分分为铬不锈钢、镍铬不锈钢、铬锰不锈钢等。按正火状态的金相组织分为马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、奥氏体-铁素体型不锈钢及沉淀硬化型不锈钢五种类型。常用的不锈钢的牌号、热处理、性能等描述如下:
(1)铁素体型不锈钢
常用的铁素体型不锈钢中,Wc<0.15%,WCr=12%~30%,属于铬不锈钢。铬是缩小奥氏体相区的元素,17%的铬可使相图中的奥氏体相区消失,获得单相的铁素体组织,即使将钢从室温加热到高温(960~1100℃),其组织也无显著变化。其耐大气与耐酸能力强,具有良好的高温抗氧化性(700℃以下),特别是抗应力腐蚀性能较好,但力学性能不如马氏体不锈钢,常用作受力不大的耐酸钢和作抗氧化钢使用,如制造化工容器和管道等。
(2)马氏体型不锈钢
马氏体型不锈钢碳的质量分数一般为wc=0.1%~0.4%,铬的质量分数为wCr=12%~18%,属于铬不锈钢。随着钢中碳的质量分数的增加,马氏体型不锈钢的强度、硬度、耐磨性提高,但耐蚀性下降。马氏体型不锈钢的耐蚀性、塑性、焊接性虽不如奥氏体、铁素体型不锈钢,但由于它具有较好的力学性熊与一定的耐蚀性,故应用广泛。碳的质量分数较低的12Cr13、20Cr13等钢类似调质钢,具有较高的耐大气、蒸汽等介质腐蚀的能力,常作为耐蚀的结构钢使用。可用来制造力学性能要求较高、又要有一定耐蚀性的零件,如汽轮机叶片及锅炉管附件等。30Cr13、32Cr13Mo、68Cr17等类似工具钢,由于碳的质量分数较高,因此耐蚀性相对较低,用于制造医用手术工具、刀具、量具、热油泵轴等。这类钢锻造后需退火,以降低硬度改善可加工性。在冲压后也需进行退火,以消除硬化,提高塑性,便于进一步加工。最终热处理一般为淬火及低温回火。
(3)奥氏体型不锈钢
奥氏体型不锈钢是目前应用最广泛的不锈钢,属镍铬不锈钢。这类钢碳的质量分数很低wc<0.15%,wCr=17%~19%,wNi=8%~11%。因镍的加入,扩大了奥氏体相区而可在室温下获得单相奥氏体组织,故奥氏体型不锈钢具有较好的耐蚀性及耐热性。
奥氏体型不锈钢的主要缺点是有晶间腐蚀倾向,即将奥氏体型不锈钢在450~850℃保温一段时间后,在晶界处会析出碳化物(Cr,Fe)23C6,从而使晶界附近的wCr<11.7%,这样晶界附近就容易出现腐蚀,称为晶间腐蚀。这种腐蚀会促使钢晶粒间结合力严重丧失,轻者在弯曲时产生裂纹,重者可使金属完全粉碎。目前防止奥氏体型不锈钢产生晶间腐蚀的主要方法有:①降低碳的质量分数(wc<0.06%),使钢中不形成铬的碳化物;②加入能形成稳定碳化物的元素钛、铌等,使钢中优先形成TiC、NbC,而不形成铬的碳化物,以保证晶界附近的含铬量;③对于含钛或铌的奥氏体型不锈钢,经固溶处理后还需进行稳定化处理,即将钢加热到850~900℃,保温4~6h后空冷或炉冷。其目的在于使钛或铌能以碳化物形式析出,防止晶间腐蚀。
奥氏体型不锈钢在退火状态下并非是单相的奥氏体组织,还有少量的碳化物。为了获得单相奥氏体,提高耐蚀性,需在1100℃左右加热,使所有碳化物都溶人奥氏体,然后水淬快冷至室温,这种处理称为固溶处理。固溶处理后奥氏体型不锈钢的耐蚀性、塑性、韧性提高,但强度、硬度降低。
奥氏体型不锈钢具有很高的耐蚀性,优良的塑性(A=40%),良好的焊接性及低温韧性,不具有磁性,但价格昂贵,易加工硬化(硬化后抗拉强度可由600MPa提高到1200~1400MPa),可加工性较差。主要用于在腐蚀介质(硝酸、磷酸、碱等)中工作的零件、容器或管道、医疗器械以及抗磁仪表等。常用的有12Cr18Ni9,06Cr18NillTi钢等。
(4)其他类型不锈钢