1、鋼鐵基本知識,第一部分 鋼鐵基礎知識 第二部分 不銹鋼基本知識 第三部分 不銹鋼的選材,主要內容,第一部分 鋼鐵基礎知識,概念,1、金屬 金屬： 具有不透明、金屬光澤、良好的導熱和導電性，富有延展性等特性的物質。（不僅包括純金屬，而且包括合金） 合金： 由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬組成，具有金屬特性的物質。如：碳鋼是Fe-C 合金，或鐵基合金,2、黑色金屬與有色金屬 黑色金屬: 通常指鐵、鉻、錳及其合金。 如：生鐵、鑄鐵、鋼、鋼材、鐵合金是最常用的黑色金屬。 有色金屬: 除鐵、絡、錳三種金屬以外的所有金屬。 如 : 鎳、鉬、釩、鈦、鎢等。,概念,3、鋼與鐵 鋼和鐵都是以鐵為基礎，以碳為主

2、要添加元素的合金，統稱為鐵碳合金。 鐵：碳含量2.11%的鐵碳合金。 鋼：碳含量2.11%的鐵碳合金。,概念,4、鋼與鋼材 鋼：（C211%） 鋼水、鋼 錠、鋼坯。 鋼材：鋼經塑性變性后，具有一定形狀和物理、化學性能的材料。,概念,5、鋼的分類 鋼的分類方法很多,在此僅介紹兩種: (1)按冶煉方法分: 平爐鋼 轉爐鋼 電爐鋼 特種冶煉爐鋼 (2) 按化學成分分: 按碳含量分: 低碳鋼: (C025%) 中碳鋼: (C: 025%-06O%) 高碳鋼: (C060%),分類, 按合金總量分： 低合金鋼：（合金總含量5%） 中合金鋼：（合金總含量：5%-10%） 高合金鋼： （合金總含量10%）,

3、分類,分類,6、鋼材分類 鋼材的種類很多，一般分為板、管、型、絲四大類。 鋼板(含帶鋼)細分: (1)按厚度分: -特厚板(60mm) -厚板(2060mm) -中板(4520mm) -薄板(01-4mm),分類,(2)按生產方法分 : -熱軋鋼板 -冷軋鋼板 (3)按表面特征分: -鍍鋅板 -鍍錫板 -復合板 -彩色涂層板,分類,(4)按用途分: -橋梁鋼板 -鍋爐鋼板 -造船鋼板 -汽車鋼板 -電工鋼板 -其他,性能,7、金屬材料性能 材料的使用性能: (1)物理性能: 如比重、熔點、導電性、導熱性、熱膨脹性、磁性等。 (2)化學性能: 金屬抵抗各種介質侵蝕的能力.如耐腐蝕性、抗氧化性等。

4、 (3)力學性能(機械性能):指金屬材料在外力作用下所表現出來的特性。 如 硬度、抗拉強度、屈服強度等。 (4)工藝性能:指材料適應冷、熱加工方法的能力。如鑄造性、可緞性、 焊接性等。,-力學性能幾個主要指標 硬度：指材料抵抗其它更硬物壓入其表面的能力，常用硬度按其范圍測定分布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HKA、HKB、HRC）。 強度：金屬材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。屈服強度、抗拉強度是極為重要的強度指標。 屈服強度（s）：指材料在拉抻過程中，材料所受應力達到某一臨界值時，載荷不再增加，變形卻繼續增加，或產生0.2%L時應力值，單位用牛頓/毫米毫米2（N/mm2）表示。 抗

5、拉強度（b）：指材料在拉斷前承受的最大應力值。單位用牛頓/毫米2（N/mm2）表示。,性能指標,塑性：金屬材料在外力作用下產生永久變形（去掉外力后不能恢復原狀），但不會被破壞的能力。 伸長率：金屬在拉力試驗時，試樣拉斷后，其標距部分所增加的長度與原始長度的百分比。（伸長率越大，其塑性越好） 韌性：金屬材料抵抗沖擊載荷的能力。（通常用沖擊功度量） 沖擊功：試樣在沖擊載荷作用下，折斷時所吸收的功。,性能指標,8、鋼鐵產品的牌號表示方法 我國鋼鐵產品牌號表示方法的總則： 采用漢語拼音字母、化學元素符號、阿拉伯數字相結合。 (1) 生鐵 鑄造用生鐵 如: Z30 Z 30,平均硅含量30%,以千分之3

6、0的數字表示,“鑄”字的漢語拼音首位字母,表示鑄造生鐵,牌號表示,煉鋼生鐵 如:L08 L 08 (2) 鋼材 碳素結構鋼 如:Q235A Q 235 A,平均硅含量08%,以千分之08的數字表示,“煉”字的漢語拼音首位字母,表示煉鋼用生鐵,表示質量等級為A 級,即一般質量,235表示該鋼屈服點不小于235MPa,Q 為屈服點”屈”字漢語拼音首位字母,平均硅含量08%,以千分之08的數字表示,“煉”字的漢語拼音首位字母,表示煉鋼用生鐵,牌號表示,牌號表示,優質碳素結構鋼 如：20 20 不銹鋼 如:1Cr13 1 Cr13,平均碳含量為020%，用萬分之20的數字表示,平均碳含量為01%,以千

7、分之1數字表示,鉻,平均含量13%,以百分之13數字表示,再如:0Cr18Ni9 0Cr18Ni9,碳含量上限為008%,用0表示低碳,絡平均含量為18%,鎳平均含量為9%,牌號表示,對性能的影響因素,9、化學元素對鋼性能的影響 (1) 碳 碳對鋼的性能有極為重要的影響,一般來說,鋼的碳含量越高, 其強度、硬度越高，耐磨性越好比，而塑性、韌性及焊接性則逐漸降低。 (2) 硫 硫是由生鐵及燃料帶入鋼中的有害元素,硫能引起熱脆性,影響鋼的熱加工性能和焊接性能,并降低鋼的塑性、韌性和疲勞強度。 硫對鋼的唯一有利作用是能改善鋼的切削加工性能。 (3) 磷 磷是由生鐵等原料帶入鋼中的有害元素，磷能引起冷

8、脆性，影響鋼的冷加工性能和焊接性能，并能顯著降低鋼的塑性、韌性。 但磷可提高鋼的耐大氣腐蝕能力，改善鋼的切削加工性能。,(4) 錳 錳可提高鋼的強度和硬度，消除硫的熱脆性，提高鋼的淬透性。 (5) 硅 硅可提高鋼的強度、硬度和彈性。在合金鋼中，硅可提高鋼的淬透性和回火穩定性，提高耐熱鋼的抗氧化性；在電工鋼中，可降低鐵損，提高磁感強度。 (6) 鉻 鉻能提高鋼的耐蝕性和抗氧化能力,是不銹鋼、電熱合金中不可缺少的重要元素。 (7) 鎳 鎳可提高鋼的韌性和淬透性，與烙配合使用可提高鋼的耐蝕性和耐熱性。,對性能的影響因素,(8) 鎢、鉬 在一般鋼中，可提高鋼的淬透性和回火穩定性；提高鋼的高溫強度；在不

9、銹鋼中，鉬可提高鋼對強腐蝕介質含氯離子介質的耐腐蝕性。 (9) 鈮、釩、鈦 都是強碳化物形成元素，可提高鋼的強度、硬度、韌性和焊接性能，可防止晶間腐蝕并提高鋼的高溫強度。 (10) 銅 提高鋼的抗大氣腐蝕能力，特別是和磷配合使用時。,對性能的影響因素,10 、鋼材訂購相關名詞 (1)品種- 化學成分、用途、生產工藝、外形、熱處理等不同的產品。 (2)規格-同一品種的不同尺寸。 (3)公稱尺寸-標準中規定的名義尺寸,生產中希望得到的理想尺寸。 (4)實際尺寸-生產過程鋼材的實際尺寸。 (5)尺寸偏差-實際尺寸與公稱尺寸的差值.標準規定允許存在的尺寸偏 差,稱為允許偏差。 (6)成分偏差-實際熔煉

10、成分與標準成分的差值,標準規定允許存在成 分偏差。 (7) 定尺、倍尺、短尺 (8)技術條件- 標準中規定產品達到的各項性能指標和質量要求。如： 表面質量、力學性能、化學性能、工藝性能、內部組織、交貨狀態 等。,相關名詞,(9) 保證條件-按標準規定，生產廠應進行檢驗并保證檢驗結果符合規定 的質量指標。 (10)交貨狀態-加工方法或最終熱處理狀態。如：熱軋、冷軋、退火、正 火、調質及固溶處理等。 熱軋狀態：材料經熱軋后，不再進行熱處理，冷卻后直接交貨的狀。 退火（燜火）：將鋼加熱到適當溫度并保持一定時間，然后緩慢冷卻。（目的：使鋼軟化、降低硬度、細化晶粒、消除應力） 正火（常化）：比退火冷卻速

11、度大。（組織較細） 調質處理：將鋼淬火后進行高溫回火。（獲取優良綜合力學性能和均勻 組織） 固溶處理：將鋼加熱到一定溫度，保持一定時間，在一種或幾種相溶的固溶體中快速冷卻至室溫。（組織處于亞穩狀態）,相關名詞,第二部分 不銹鋼基本知識,定義,什么是不銹鋼？ Cr含量大于10.5%wt C含量小于1.2%wt 鐵含量超過其它任何元素 不銹鋼系不銹鋼和耐酸鋼的總稱。 不銹鋼系指耐大氣、蒸汽和水等弱介質腐蝕的鋼； 耐酸鋼指耐酸、堿、鹽等化學浸蝕性介質腐蝕的鋼。 不銹鋼和耐酸鋼在合金化程度上有較大差異，因此性能差別較大。,合金耐蝕性的十級標準： 完全耐蝕： 0.001mm/a 1 很耐蝕： 0.001

12、-0.005 2 0.005-0.010 3 耐蝕： 0.010-0.050 4 0.050-0.100 5 尚耐蝕： 0.100-0.500 6 0.500-1.000 7 欠耐蝕： 1.000-5.000 8 5.000-10.00 9 不耐蝕： 10.00 10,耐腐蝕性能降低,腐蝕等級,耐蝕性機理,Carbon Steel,Rust,耐蝕性機理,不銹鋼耐腐蝕是由于Cr的作用，鋼材表面生成一層致密的的不溶解于某些介質的堅固的富Cr鈍化膜（成分為4M3O4SiO2nH2O ）.其特點： 1、厚度薄、透明：通常為2-5nm。 2、密度大。 3、鉻含量高,比基體高3倍以上. 4、自我修復功能，

13、一旦遭破壞，又會形成新的鈍化層，隨著鋼中鉻含量的提高，鋼的自鈍化能力和耐銹性提高。,耐蝕性機理,在鋼中添加各種合金元素，由于改變了鈍化膜的組織和分布，而提高了更苛刻介質中的耐蝕性。如，鉬，腐蝕產物MoO-2靠近基體而強烈促進基體鈍化；銅，鈍化膜中含有CuCl,與腐蝕介質不發生作用提高耐蝕性；氮，鈍化膜中富集Cr2N，使鈍化膜中鉻濃度提高而提高了耐蝕性。 但暴露在大氣中簡單的鈍化并不能形成提高耐蝕性所必需的表面化合物，通過電解拋光或化學處理可提高不銹鋼的耐腐蝕性，電解拋光提高了近表面層鉻與鐵的比率，化學鈍化處理進一步擴大了這個比率。如機械拋光表面有2nm的氧化物層，經30min鈍化處理可獲得約1

14、9nm厚的氧化物層，經60min鈍化處理可獲得50nm厚的氧化物層。,分類,按鋼的組織結構分類可分為：奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。,幾種不銹鋼的顯微組織,分類,按鋼的化學成分分類可分為：Cr不銹鋼（400系）、Cr-Ni不銹鋼（300系）、Cr-Mn-N-Ni不銹鋼（200系）、超低碳不銹鋼、高純不銹鋼等。 按鋼的功能分類可分為：低溫不銹鋼、耐熱不銹鋼、耐磨不銹鋼、無磁不銹鋼、易切削不銹鋼和超塑性不銹鋼等 。,鋼種演變,奧氏體不銹鋼特性： 鉻-鎳不銹鋼 200、300系列鋼種 熱處理不能使其硬化 冷加工可使其顯著硬化 無磁性（冷加工有時會使其具磁性）

15、優異的成型性和焊接性,品種介紹,奧氏體不銹鋼 0Cr18NI9（304）中板、冷板 作為不銹鋼、耐熱鋼廣泛應用，食品、一般化工、原子能工業等。 00Cr19Ni10（304L） 超低碳，耐晶間腐蝕性能優良， 200系（201、202J） 作為以Mn、N代Ni鋼種，添加Cu等，在某些使用要求不高的場合代 替304。 00Cr17Ni7（301L） 冷加工后具有高強度，車輛廂體、彈簧等用。,品種介紹,00Cr17Ni14Mo2（316L） 在海水等各種介質中，優于304，耐點蝕材料。 0Cr19Ni9N（304N） 添加N，提高強度，耐腐蝕性不降低，結構用材料。 0Cr18Ni9Cu 添加Cu，改

16、善冷加工性，加工硬化率低，深沖用鋼。 1Cr18NI9Ti（321） 增加Ti，提高耐晶間腐蝕性能，不適用于裝飾。,品種介紹,錳系不銹鋼的耐蝕性仍取決于鋼中的鉻量，鎳也是非常有益的元素。 錳和氮主要是在形成和穩定奧氏體方面代鎳，在耐蝕性方面則不能代鎳，錳還對鋼的耐蝕性有害。 在鉻量相同條件下，錳系鋼的耐蝕性一般要低于鎳系鋼。在弱腐蝕環境中，錳系鋼可以代替相對應的鎳系鋼，但隨介質腐蝕性的增強，錳系與鎳不銹鋼間耐蝕性的差距要拉大，錳系鋼不能代替鎳系鋼。,品種介紹,品種介紹,鐵素體不銹鋼特性： 鉻不銹鋼（不含鎳） 400系列鋼種 有磁性 成型性和焊接性不如A 低成本不銹鋼 根據鋼中Cr含量，可分為C

17、r11%-15%、 Cr16%-20%、 Cr21%-30%,鐵素體不銹鋼的特點與優勢（與鉻鎳A相比） 不含或個別牌號僅含少量鎳，成本和價格均較低； 屈服強度高，加工硬化傾向小，易于冷加工； 耐氯化物應力腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕優良。在許多腐蝕環境中，耐蝕性還與相同鉻量的鉻鎳奧氏體不銹鋼相當； 有磁性，可作為耐蝕軟磁材料，如電磁閥等； 導熱系數高，適于熱交換的用途； 熱脹系數小，適于熱脹、冷縮，熱循環的使用條件。,品種介紹,鐵素體不銹鋼的缺點與成因,品種介紹,傳統鐵素體不銹鋼的缺點及防止措施,品種介紹,品種介紹,傳統（普通）鐵素體不銹鋼: 由于傳統冶金技術生產，常規的碳、氮含量。化學成分和組織結構

18、上的特點，性能上的某些不足長期影響著生產和應用。 現代鐵素體不銹鋼: 近代冶金技術生產，低碳、氮，超低碳、氮和高純化。由于化學成分所引起的性能上的某些不足已得到極大程度的克服和相當圓滿的解決，是節鎳不銹鋼的主要方向。,00Cr12Ti（409L）熱板、冷板 耐高溫，抗氧化性能優良，主要用于汽車排氣管用途。 0Cr13Al（405）中板、復合板 在高溫下冷卻不產生顯著硬化。汽輪機材料，淬火用部件以及做復合材料等。 1Cr17（430系）冷板 耐蝕性優良的通用鋼種，建筑內裝飾用，家庭用器具，家電用部件。,品種介紹,高純430Ti（Nb） 比普通Cr17（430）不銹鋼具有更佳焊接性、耐晶間腐蝕性，

19、更好的深沖性、抗皺性和優良的沖擊韌性和低的脆性轉變溫度的用途，如化工廠的吸收塔、熱交換器、輸送管道、容器，建筑的內裝飾、廚房設備和家用電器中要求焊接的深沖設備和構件。 高純00Cr17Mo(436)、00Cr18Mo2（444） 加工成型性，焊接性等優良，脆性轉變溫度進一步降低，在大氣和淡水等環境中，耐蝕性優于304不銹鋼并與316不銹鋼相近。主要用途有建筑面板，廚房設備，市政公共設施，輕工和紡織工業的清潔設備，太陽能熱水器，耐應力腐蝕的換熱設備。等。,品種介紹,。,低鉻鐵素體不銹鋼（經濟型不銹鋼） 現代低鉻鐵素體不銹鋼指含11%14%Cr的低碳、氮和超低碳、氮的一些牌號； 主要牌號 00Cr

20、12(410L) 和00Cr11NbTi(466)以及0Cr12NiTi(3CR12)等； 由于它們有綜合性能好，且壽命周期成本低的優勢，主要以代替碳鋼為目標。 它們的成本約為18-8(304)Cr-Ni奧氏體不銹鋼的1/2，因此，又被稱為經濟（實用）不銹鋼。 應用在集裝箱、貨車廂體、汽車排氣管礦山運輸、城市公共設施等領域。,品種介紹,品種介紹,馬氏體不銹鋼特性： 高碳鐵素體不銹鋼 熱處理可使其硬化并具有高強度、低塑性 400系列鋼種 有磁性 焊接性能較差 Cr含量在11.5-18.0%，隨碳含量的提高，提高了鋼的硬度和強度，主要用于刀具、汽輪機葉片、醫療器械等。,1Cr13 、2Cr13、

21、3Cr13 、4Cr13 1Cr13主要用于韌性要求較高且具有不銹性的部件，如葉片、閥門等，也可用作常溫下的一些設備；2Cr13除了做葉片外，還可用于葉輪、緊固件等承受應力較高的部件；3Cr13用于強度、硬度要求更高的結構件、耐磨件、如軸、螺栓、彈簧、活塞桿、耐蝕刀具等。 此類鋼隨碳含量的增加，強度、硬度提高，而冷塑性和韌性下降，同時耐蝕性能降低。 9Cr18 是馬氏體不銹鋼中C、Cr含量最高的鋼種，具有高強度，不銹、耐蝕性能。一般用于外科刀具、優質刀剪、滾珠等。,品種介紹,雙相不銹鋼特點： 奧氏體+鐵素體混合組織 含鉻、鎳、鉬、氮 有磁性 高強度，成型需大功率設備 冷加工可使其硬化 焊接性能

22、好于A 抗氯化物應力腐蝕優 是工藝難度較大的不銹鋼鋼種之一。,品種介紹,第一代雙相鋼18-5（00Cr18Ni5Mo3Si2） 是耐氯化物應力腐蝕的專用鋼種，在各種冷卻水（除海水外）條件下的耐氯化物應力腐蝕性能遠遠大于18-8型奧氏體不銹鋼。 第二代雙相鋼2205（00Cr22Ni5Mo3N） 是在18-5的基礎上，降低Si，提高Cr含量，并用N合金化，使相比例更加合理，焊后不易產生單相，耐蝕性能更為優良。 第三代雙相鋼2507（00Cr25Ni7Mo4N） 屬超級雙相不銹鋼，特別適用于含氯的環境，如海水等，鋼中高N、高Cr、高Mo的平衡成分設計，使鋼具有很高的耐應力腐蝕、耐孔蝕和縫隙腐蝕性能

23、。,品種介紹,經濟型雙相鋼00Cr21Ni1N（LDX2101） 進一步降低Ni，適用于建筑領域。,品種介紹,品種介紹,耐熱不銹鋼 0Cr25Ni20（310S） 0Cr25Ni20Si2（314） 1Cr20Ni14Si2 0Cr23Ni13（309S）,選材的考慮因素,力學性能強度是選擇不銹鋼時最重要的力學性能指標，另外還有硬度、塑性、抗沖擊性、疲勞強度或抗應力斷裂性等 316型 304型 430型 431型 405型 410型 420型 440-C型（9Cr18）,345,1207,1724,1724,耐蝕性,強度,第三部分 不銹鋼的選材,選材的考慮因素,加工性能應從兩個方面考慮所需要的加工性能： 加工部件的難易程度； 加工對材料性能的影響程度。 如要求切削加工性能，應選用高硫不銹鋼；要求冷鐓性能，應選用含銅不銹鋼，要求加工后對材料性能影響小應選用性能穩定的不銹鋼等。,選材的考慮因素,物理性能磁性、導熱性和密度等。如22Cr-13Ni-5Mn不銹鋼在任何情況下都沒有磁性，但304型在冷加工時表現出鐵磁性。 部件最終成本進行詳細的評估分析，包括材料供應情況、價格、加工費用和產品的預期在效壽命等。,選材的考慮因