不锈钢的种类和特点

不锈钢有两种分类法：一种是按合金元素的特点，划分为铬不锈钢和铬镍不锈钢；另一种是按在正火状态下钢的组织状态，划分为M不锈钢、F不锈钢、A不锈钢、A一F双相不锈钢。

1、马氏体不锈钢 
典型的马氏体不锈钢有1Cr13-4Cr13和9Cr18等
1Cr13钢加工工艺性能良好。可不经预热进行深冲、弯曲、卷边及焊接。2Crl3冷变形前不要求预热，但焊接前需预热，1Crl3、2Cr13主要用来制作耐蚀结构件如汽轮机叶片等，而3Cr13、4Cr13主要用来制作医疗器械外科手术刀及耐磨零件；9Crl8可做耐蚀轴承及刀具。
2、铁素体不锈钢
铁素不锈钢的含Cr量一般为13％-30％合碳量低于0.25%。有时还加入其它合金元素。金相组织主要是铁素体，加热及冷却过程中没有α<=>γ转变，不能用热处理进行强化。抗氧化性强。同时，它还具有良好的热加工性及一定的冷加工性。铁素体不锈钢主要用来制作要求有较高的耐蚀性而强度要求较低的构件，广泛用于制造生产硝酸、氮肥等设备和化工使用的管道等。
典型的铁素体不锈钢有Crl7型、Cr25型和Cr28型。 
3，奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢是克服马氏作不锈钢耐蚀性不足和脆性过大而发展起来的。基本成分为Crl8％、Ni8％简称18－8钢。其特点是合碳量低于0.1％，利用Cr、Ni配合获得单相奥氏体组织。
奥氏作不锈钢一般用于制造生产硝酸、硫酸等化工设备构件、冷冻工业低温设备构件及经形变强化后可用作不锈钢弹簧和钟表发条等。
奥氏体不锈钢具有良好的抗均匀腐蚀的性能，但在局部抗腐蚀方面，仍存在下列问题：
（1）奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 
奥氏作不锈钢在450-850℃保温或缓慢冷却时，会出现晶问腐蚀。含碳量越高，晶间蚀倾向性越大。此外，在焊接件的热影响区也会出现晶间腐蚀。这是由于在晶界上析出富Cr的Cr23C6。使其周围基体产生贫铬区，从而形成腐蚀原电池而造成的。这种晶间腐蚀现象在前面提到的铁素体不锈钢中也是存在的。
工程上常采用以下几种方法防止晶间腐蚀：
1）降低钢中的碳量，使钢中合碳量低于平衡状态下在奥氏体内的饱和溶解度，即从根本上解决了铬的碳化物（Cr23C6）在晶界上析出的问题。通常钢中合碳量降至0.03％以下即可满足抗晶间腐蚀性能的要求。
2）加入Ti、Nb等能形成稳定碳化物（TiC或NbC）的元素，避免在晶界上析出Cr23C6，即可防上奥氏体不锈钢的晶间腐蚀。
3）通过调整钢中奥氏体形成元素与铁素体形成元素的比例，使其具有奥氏体+铁索体双相组织，其中铁素体占5％一12％。这种双相组织不易产生晶间腐蚀。
4）采用适当热处理工艺，可以防止晶间腐蚀，获得最佳的耐蚀性。
（2）奥氏体不锈钢的应力腐蚀 
应力（主要是拉应力）与腐蚀的综合作用所引起的开裂称为应力腐蚀开裂，简称SCC（Stress Crack Corrosion）。奥氏体不锈钢容易在含氯离子的腐蚀介质中产生应力腐蚀。当含Ni量达到8％一10％时，奥氏体不锈钢应力腐蚀倾向性最大，继续增加含Ni量至45-50％应力腐蚀倾向逐渐减小，直至消失。
防止奥氏体不锈钢应力腐蚀的最主要途径是加入Si2-4％并从冶炼上将N含量控制在0.04％以下。此外还应尽量减少P、Sb、Bi、As等杂质的含量。另外可选用A-F双相钢，它在Cl-和OH-介质中对应力腐蚀不敏感。当初始的微细裂纹遇到铁素体相后不再继续扩展，铁素体含量应在6%左右。
（3） 奥氏体不锈钢的形变强化
单相的奥氏体不锈钢具有良好的冷变形性能，可以冷拔成很细的钢丝，冷轧成很薄的钢带或钢管。经过大量变形后，钢的强度大力提高，尤其是在零下温区轧制时，效果更为显著。抗拉强度可达2000 MPa以上。这是因为除了冷作硬化效果外，还叠加了形变诱发M转变。
奥氏体不锈钢经形变强化后可用来制造不锈弹簧、钟表发条、航空结构中的钢丝绳等。形变后若需焊接，则只能采用点焊工艺、形变使应力腐蚀倾向性增加。并因部分γ->M转变而产生铁磁性，在使用时（如仪表零件中）应予以考虑。
再结晶温度随形变量而改变，当形变量为60％时，其再结晶温度降为650℃冷变形奥氏体不锈钢再结晶退火温度为850-1050℃，850℃则需保温3h，1050℃时透烧即可，然后水冷。
（4） 奥氏体不锈钢的热处理 
奥氏体不锈钢常用的热处理工艺有：固溶处理、稳定化处理和去应力处理等。
1）固溶处理。将钢加热到1050-1150℃后水淬，主要目的是使碳化物溶于奥氏体中，并将此状态保留到室温，这样钢的耐蚀性会有很大改善。如上所述，为了防止晶问腐蚀，通常采用固溶化处理，使Cr23C6溶于奥氏体中，然后快速冷却。对于薄壁件可采用空冷，一般情况采用水冷。
2）稳定化处理。一般是在固溶处理后进行，常用于含Ti、Nb的18-8钢，固处理后，将钢加热到850-880℃保温后空冷，此时Cr的碳化物完全溶解，脱而钛的碳化物不完全溶解，且在冷却过程中充分析出，使碳不可能再形成铬的碳化物，因而有效地消除了晶间腐蚀。
3）去应力处理。去应力处理是消除钢在冷加工或焊接后的残余应力的热处理工艺一般加热到300-350℃回火。对于不含稳定化元素Ti、Nb的钢，加热温度不超过450℃，以免析出铬的碳化物而引起晶间腐蚀。对于超低碳和含Ti、Nb不锈钢的冷加工件和焊接件，需在500-950℃,加热，然后缓冷，消除应力（消除焊接应力取上限温度），可以减轻晶间腐蚀倾向并提高钢的应力腐蚀抗力。
4、奥氏体-铁素体双相不锈钢 
在奥氏不锈钢的基础上，适当增加Cr含量并减少Ni含量，并与回溶化处理相配合，可获得具有奥氏体和铁素体的双相组织（含40-60％δ-铁素体）的不锈钢，典型钢号有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、OCr21Ni6Mo2Ti等。双相不锈钢有较好的焊接性，焊后不需热处理，而且其晶间腐蚀、应力腐蚀倾向性也较小。但由于含Cr量高，易形成σ相，使用时应加以注意。
5.铁素体钢
含铬大于14％的低碳铬不锈钢，含铬大干27％的任何含碳量的铬不锈钢，以及在上述成分基础上再添加有钼、钛、铌、硅、铝、、钨、钒等元素的不锈钢，化学成分中形成铁素体的元素占绝对优势，基体组织为铁素。这类钢在淬火（固溶）状态下的组织为铁素体，退火及时效状态的组织中则可见到少量碳化物及金属间化合物。 
属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。
6.铁素休－马氏体钢
这类钢在高温时为y+a（或δ）两相状态，快冷时发生y-M转变，铁素体仍被保留，常温组织为马氏体和铁素体,由于成分及加热温度的不同，组织中的铁素体量可在百分之几至几十的范围内变化。0Crl3钢，lCrl3钢，铬偏上限而碳偏下限的2Cr13钢，Cr17Ni2钢，Cr17wn4钢，以及在ICrl3钢基础上发展起来的许多改型12％铬热强钢（这类钢也叫做耐热不锈钢）中的许多钢号，如Cr11MoV，Cr12WMoV，Crl2W4MoV，18Crl2WMoVNb等均属干这一类。 
铁素体—马氏体钢可以部分地接受淬火强化，故可获得较高的机械性能。但它们的机械性能与工艺性能在很大程度上受组织中铁素体的含量及分布形态的影响。这类钢按成分中的含铬量分属12～14％与15～18％两个系列。前者具有抵抗大气及弱腐蚀性介质的能力，并且具有良好的减震性及较小的线膨胀系数；后者的耐腐蚀性能与相同含铬量的铁素体耐酸钢相当，但在一定程度上也保留着高铬铁素体钢的某些缺点。 
7.马氏体钢
这类钢在正常淬火温度下处在y相区，但它们的y相仅在高温时稳定，M点一般在3OO℃左右，故冷却时转变为马氏体。
这类钢包括2Cr13,2Cr13Ni2,3Cr13以及部分改型12％铬热强钢，如13Cr14NiWVBA，Cr11Ni2MoWVB钢等。马氏体不锈钢的机械性能、耐腐蚀性能、工艺性能与物理性能，均和含铬12～14％的铁素体-马氏体不锈钢相近。由于组织中没有游离的铁素体，机械性能比上述钢要高，但热处理时的过热敏感性较低。
8.马氏体—碳化物钢 
Fe－C合金的并析点的含碳为0.83％，在不锈钢中由于铬使S点左移，含12％铬和大于0.4％碳的钢（图11-3），以及含18％铬和大于0.3％碳的钢（图卜）3）均属于过共析钢。这类钢在正常淬火温度加热，次生碳化物不能完全溶于奥氏体，因此淬火后的组织为马氏体和碳化物组成。
属于这一类的不锈钢牌号不多，却是一些含碳比较高的不锈钢，如4Crl3、9Cr18、9Crl8MoV 、9Crl7MoVCo钢等，含碳量偏上限的3Crl3钢在较低的温度下淬火，也可能出现这样的组织。由于含碳量高,上述9Cr18等三个钢号中虽含有较多的铬，但其耐腐蚀性能仅与含12～14％锗的不锈钢相当。这类钢的主要用途是要求高硬及耐磨的零件，如切削工具、轴承、弹簧及医疗器械等。
9.奥氏体钢
这类钢含有较多扩大y区和稳定奥氏体的元素，在高温时为均为y相，冷却时由于Ms点在室温以下，所以在常温下具有奥氏体组织。 18-8， 18－12、25-20、20-25Mo等铬镍不锈钢，以锰代替部分镍并加氮的低镍不锈钢如Cr18Mnl0Ni5,Cr13Ni4Mn9,Cr17Ni4Mn9N,Cr14Ni3Mnl4Ti钢等均属于这一类。
奥氏体不锈钢具有前已述及的许多优点，虽然机械性能也比较低，和铁素体不锈钢—样不能热处理强化，但可以通过冷加工变形的方法，利用加工硬化作用提高它们的强度。 这类钢的缺点是对晶间腐蚀及应力腐蚀比较敏感，需通过适当地合金添加剂及工艺措施消除。
10.奥氏体－铁素体钢
这类钢因扩大y区和稳定奥氏体元素的作用程度，不足以使钢在常温或很高的温度下具有纯奥氏体组织，因此为奥氏体－铁素体复相状态，其铁素体量也因成分及加热温度不同而可在较大的范围内变化。 
属于这一类的不锈钢很多，如低碳的18－8铬镍钢，加钛、铌、钼的18－8铬镍钢，特别是在铸钢的组织中均可见到铁素体，此外含铬大于14～15％而碳低于0.2％的铬锰不锈钢（如Cr17Mnll），以及目前研究的和已获得应用的大多数铬锰氮不锈钢等。与纯奥氏体不锈钢比较，这类钢的优点很多，如屈服强度较高，抗晶间腐蚀的能力较高，应力腐蚀的敏感性低，焊接时产生热裂纹的倾向小，铸造流动性好等等。缺点是压力加工性能较差，点腐蚀倾向较大，易产生c相脆性，在强磁场作用下表现出弱磁性等。所有这些优点和缺点均来源于组织中的铁素体。
11、奥氏钵－马氏体钢
 这类钢的Ms点低于室温，固溶处理以后为奥氏体组织，易于成形和焊接。通常可用两种工艺方法使之发生马氏体转变。一是固溶处理以后经700～800度加热，奥氏体因析出碳化铬而转变为介稳定状态，Ms点升高至室温以上，冷却时转变为马氏体；二是固溶处理以后直接冷却至Ms与Mf点之间，使奥氏体转变为马氏体。后一方法可获得较高的耐腐蚀性能，但固溶处理以后至深冷的间隔时间不宜过久，否则会因奥氏体的陈化稳定作用而使深冷的强化效应降低。经上述处理以后钢再经400～500度时效，使析出金属间化合物进—步强化。这类钢的典型钢号有17Cr一7Ni一A1、15Cr－9Ni－A1,17Cr—5Ni－Mo、15Cr-8Ni－Mo一A1等等。这类钢也称为奥氏体－马氏体时效不锈钢，并因为实际上这些钢的组织中除奥氏体和马氏体以外，还存在不同数量的铁素体，故也称为半奥氏体沉淀硬化不锈钢。
这类钢是50年代后期发展和应用的新型不锈钢，它们总的特点是强度高（C可达100一150）及热强性好，但由于含铬量较低并在热处理时有碳化铬析出，因此耐腐蚀性能比标准的奥氏体不锈钢要低一些。也可以说这类钢的高强度是在牺牲一部分耐腐蚀性能与其它性能（如非磁性）的情况下获得的，目前这类钢主要用于航空工业及火箭导弹生产方面，一般机械制造中应用尚不普遍，并且在分类上也有把它们纳为超高强度钢的一个系列。