《南航金属材料学》课件：Ch5 不锈钢.ppt

1、Chapter 5 不锈钢不锈钢主要内容主要内容第一节第一节 铁素体不锈钢铁素体不锈钢第二节第二节 马氏体不锈钢马氏体不锈钢第三节第三节 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢第四节第四节 双相不锈钢双相不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢教学要求教学要求基本要求：基本要求：不锈钢分类，常用不不锈钢分类，常用不锈钢及其热处理，了解不锈钢的锈钢及其热处理，了解不锈钢的性能和应用。性能和应用。重点和难点：重点和难点：奥氏体不锈钢的晶奥氏体不锈钢的晶间腐蚀、铁素体不锈钢的脆性。间腐蚀、铁素体不锈钢的脆性。 Chapter 5 不锈钢不锈钢背景背景l不锈钢不锈钢是指具有抗腐蚀性能的一类特殊性是指具有抗腐蚀性能的一

2、类特殊性能的钢种。严格意义上讲应该包括能的钢种。严格意义上讲应该包括耐酸钢耐酸钢和通常所说的和通常所说的不锈钢不锈钢。l耐酸钢耐酸钢是指在强腐蚀介质中能耐蚀的钢，是指在强腐蚀介质中能耐蚀的钢，腐蚀速度小于腐蚀速度小于0.1mm/年的耐酸钢称为年的耐酸钢称为“完完全耐蚀全耐蚀”，腐蚀速度小于，腐蚀速度小于1mm/年的耐酸钢年的耐酸钢称为称为“耐蚀耐蚀”。5.0 引言引言5.0 引言引言Chapter 5 不锈钢不锈钢l通常意义上的不锈钢通常意义上的不锈钢是指能抵抗大气及弱是指能抵抗大气及弱腐蚀介质腐蚀的钢种，腐蚀速度小于腐蚀介质腐蚀的钢种，腐蚀速度小于0.01mm/年的不锈钢称为年的不锈钢称为“

3、完全耐蚀完全耐蚀”，腐蚀速度小于腐蚀速度小于0.1mm/年的不锈钢称为年的不锈钢称为“耐耐蚀蚀”。l所以说不锈钢不一定耐酸，但耐酸钢肯定所以说不锈钢不一定耐酸，但耐酸钢肯定是不锈钢。因此不锈钢并不是不能被腐蚀，是不锈钢。因此不锈钢并不是不能被腐蚀，只不过被腐蚀的腐蚀速度较慢而已。只不过被腐蚀的腐蚀速度较慢而已。5.0 引言引言Chapter 5 不锈钢不锈钢l不锈钢对腐蚀介质具有选择性：不锈钢对腐蚀介质具有选择性：同一介质中，不同种类不锈钢的腐蚀速度大同一介质中，不同种类不锈钢的腐蚀速度大不相同；不相同；同一种不锈钢在不同介质中的腐蚀行为也不同一种不锈钢在不同介质中的腐蚀行为也不一样。一样。u

4、例如，不锈钢在氧化性介质中的耐蚀性很好，例如，不锈钢在氧化性介质中的耐蚀性很好，但在非氧化性介质（如盐酸）中的耐蚀性就但在非氧化性介质（如盐酸）中的耐蚀性就不好了。不好了。l因此掌握好各类不锈钢的性能特点，对于正因此掌握好各类不锈钢的性能特点，对于正确选择和使用不锈钢是很重要的。确选择和使用不锈钢是很重要的。5.0 引言引言Chapter 5 不锈钢不锈钢不锈钢机件或结构的性能要求：不锈钢机件或结构的性能要求：l耐蚀；耐蚀；l具有较好的力学性能具有较好的力学性能承受或传递载承受或传递载荷荷；l具有良好的塑性变形加工、切削加工及具有良好的塑性变形加工、切削加工及焊接加工等性能。焊接加工等性能。5

5、.0 引言引言Chapter 5 不锈钢不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢5.0 引言引言不锈钢的分类：不锈钢的分类：l按其正火组织的晶体结构特征进行分类：按其正火组织的晶体结构特征进行分类：铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢奥氏体奥氏体-铁素体型双相不锈钢铁素体型双相不锈钢奥氏体奥氏体-马氏体型（沉淀硬化型）双相不锈钢马氏体型（沉淀硬化型）双相不锈钢l按化学成分进行分类：按化学成分进行分类：铬不锈钢铬不锈钢铬镍不锈钢铬镍不锈钢铬锰不锈钢铬锰不锈钢 5.0 引言引言Chapter 5 不锈钢不锈钢不锈钢的生产流程不锈钢的生产流程5.0 引言

6、引言Chapter 5 不锈钢不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢都是高铬钢，由都是高铬钢，由Fe-Cr相图相图可知，由于铬稳定可知，由于铬稳定的作用，在铬含量到的作用，在铬含量到达达13%时，铁铬合金将无时，铁铬合金将无相变，从高温到相变，从高温到低温一直保持低温一直保持铁素体。又由于铬含量到铁素体。又由于铬含量到达达12%能耐蚀，故这类铁素体钢就成为铁能耐蚀，故这类铁素体钢就成为铁素体不锈钢。素体不锈钢。 5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Fe-Cr相图相图l在铬铁素体不

7、锈钢中，铬从在铬铁素体不锈钢中，铬从13%到到30%，随着铬含量的增加，钢的耐蚀性能增加，随着铬含量的增加，钢的耐蚀性能增加，所以铁素体不锈钢是所以铁素体不锈钢是含含13%30%Cr的钢的钢。l铁素体的耐蚀性（对硝酸氨水等）和抗氧铁素体的耐蚀性（对硝酸氨水等）和抗氧化性均较好，特别是抗应力腐蚀性能较好，化性均较好，特别是抗应力腐蚀性能较好，但力学性能及工艺性能较差，多用于但力学性能及工艺性能较差，多用于受力受力不大的耐酸结构不大的耐酸结构和和抗氧化钢抗氧化钢使用。使用。 5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢一、铁素体不锈钢的化学成分及平衡组织一、铁素体不锈钢的化学成

8、分及平衡组织1铁素体不锈钢的化学成分铁素体不锈钢的化学成分铬含量一般为铬含量一般为13%30%，根据其中铬的根据其中铬的含量可以分为三个类型：含量可以分为三个类型：lCr13型型lCr1619型（亦称型（亦称Cr17型）型）lCr2528型（亦称型（亦称Cr28型）。型）。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢碳含量通常在碳含量通常在0.10%左右左右。由于高铬铁素体由于高铬铁素体钢在常规冶炼过程中，其中的碳含量不易降钢在常规冶炼过程中，其中的碳含量不易降低，因而当铬含量超过低，因而当铬含量超过21%时，碳含量可以时，碳含量可以放宽到放宽到0.15%。 加加Ti提高这

9、类钢的抗晶间腐蚀能力，并抑制提高这类钢的抗晶间腐蚀能力，并抑制晶粒粗化脆化倾向；晶粒粗化脆化倾向；加加Mo可在有机酸及含可在有机酸及含Cl-离子的介质中有较强的抗蚀性；离子的介质中有较强的抗蚀性；加加S可以可以提高其切削加工性能；提高其切削加工性能；加加Al、Si可以进一步可以进一步提高耐蚀性而成为抗氧化钢。提高耐蚀性而成为抗氧化钢。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢2铁素体不锈钢的平衡组织铁素体不锈钢的平衡组织Chapter 5 不锈钢不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢对对Cr17型钢型钢，由于钢中还含有，由于钢中还含有Si等

10、合金元素，等合金元素，所以当所以当Cr当量约为当量约为18%19%。该钢在高温。该钢在高温下（下（950以上）为以上）为+两相组织，在两相组织，在850950之间钢具有之间钢具有+Cr23C6三相组三相组织，而在室温下的平衡组织为铁素体加织，而在室温下的平衡组织为铁素体加Cr23C6型碳化物。型碳化物。对于对于Cr28型钢型钢，即当量升高到，即当量升高到25%以上时，以上时，在在1200以下钢中无以下钢中无多晶型转变，一直多晶型转变，一直保持铁素体和碳化物。保持铁素体和碳化物。Chapter 5 不锈钢不锈钢二、铁素体不锈钢的脆性二、铁素体不锈钢的脆性引起脆性的原因主要有：引起脆性的原因主要有

11、：l粗晶脆性粗晶脆性l相脆性相脆性l475脆性脆性5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l粗晶脆性粗晶脆性当压力加工（锻或轧）温度当压力加工（锻或轧）温度达到再结晶温度时，发生再结晶和晶粒达到再结晶温度时，发生再结晶和晶粒的正常长大；当温度超过的正常长大；当温度超过850900以上，再结晶晶粒发生显著粗化。粗大以上，再结晶晶粒发生显著粗化。粗大晶粒导致这类钢的冷脆性倾向增大，冷晶粒导致这类钢的冷脆性倾向增大，冷脆转变温度高，室温时冲击韧性很低。脆转变温度高，室温时冲击韧性很低。Chapter 5 不锈钢不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢u防止措施防止措施高铬铁素体

12、不锈钢在加热和冷却时不发生高铬铁素体不锈钢在加热和冷却时不发生固态相变，因此铸态下的粗大晶粒组织不固态相变，因此铸态下的粗大晶粒组织不能通过相变重结晶来细化，一般能通过相变重结晶来细化，一般只能通过只能通过压力加工碎化，且在压力加工时必须将终压力加工碎化，且在压力加工时必须将终锻或终轧温度控制在锻或终轧温度控制在750750以下。以下。钢中钢中加入少量加入少量TiTi来控制晶粒长大的倾向来控制晶粒长大的倾向。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l相脆性相脆性相具有高的硬度，相具有高的硬度，68HRC以以上，形成时还伴随着相当大的体积效应，上，形成时还伴随着相当大的体

13、积效应，又常常沿晶界分布，故引起很大的脆性，又常常沿晶界分布，故引起很大的脆性，并可能促进晶间腐蚀。并可能促进晶间腐蚀。u根据根据Fe-Cr相图，相图，45%Cr在在820开始形成开始形成相。相。Cr含量降低时，形成含量降低时，形成相的温度降低。相的温度降低。CrCr含量低于含量低于30%30%时，由于低温原子扩散困时，由于低温原子扩散困难，已很难形成难，已很难形成相。相。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢Fe-Cr相图相图u相形成的条件相形成的条件F成分成分：在实际生在实际生产中，由于产中，由于Cr钢中钢中的成分偏析或其它的成分偏析或其它稳定稳定相的合金元素相的

14、合金元素的作用，的作用，17%Cr17%Cr的的不锈钢就有可能形不锈钢就有可能形成成相。相。Chapter 5 不锈钢不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢当钢中当钢中Cr含量大于含量大于17%时，随着时，随着Cr含量增含量增加以及添加的铁素体形成元素加以及添加的铁素体形成元素Si、Nb、Ti、Mo等，使析出等，使析出相的倾向增加；相的倾向增加；Mn由于能大量溶进由于能大量溶进相，也使形成相，也使形成相的极相的极限限Cr含量降低；含量降低；Ni则促使析出则促使析出相的极限相的极限Cr含量增加，并含量增加，并升高升高相的上限温度；相的上限温度；C、N也使形成也使形成相的极限相的极限Cr含量增加。

15、含量增加。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢F冷加工冷加工:需要指出的是，预先冷加工也促使形成需要指出的是，预先冷加工也促使形成相的倾向性增大，并使形成相的倾向性增大，并使形成相的温度降相的温度降低。低。 F温度温度:由于由于相的形成速度是缓慢的，在接近形相的形成速度是缓慢的，在接近形成温度上限时，速度增大。温度愈低，形成温度上限时，速度增大。温度愈低，形成速度愈慢，如成速度愈慢，如27%Cr钢在钢在550加热数加热数小时，才形成小时，才形成相。相。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢u防止措施防止措施对于已形成的对于已形成的相的钢，重

16、新加热到相的钢，重新加热到820以上保温半小时，可使以上保温半小时，可使相重新溶入相重新溶入铁素铁素体，随后快冷，从而消除体，随后快冷，从而消除相脆性，恢复钢相脆性，恢复钢的韧性。的韧性。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢u必须指出的是，必须指出的是，相不仅见于高铬铁素体相不仅见于高铬铁素体不锈钢中，还见于奥氏体、奥氏体不锈钢中，还见于奥氏体、奥氏体-铁素铁素体不锈钢中。体不锈钢中。奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢则在长期的则在长期的600800温温度中工作就可能析出度中工作就可能析出相，从而使钢变脆；相，从而使钢变脆；在在奥氏体奥氏体- -铁素体钢铁素体钢中，中，相易从

17、铁素体中相易从铁素体中形成，也使钢脆化。形成，也使钢脆化。 5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l475脆性脆性高铬钢中，高铬钢中，Cr含量大于含量大于15%时，在时，在400525温度范围内长时间加温度范围内长时间加热后或在此温度范围内缓慢冷却时，钢热后或在此温度范围内缓慢冷却时，钢在室温下变得很脆，这个现象尤以在室温下变得很脆，这个现象尤以475加热最甚，故这种脆性称为加热最甚，故这种脆性称为475脆性。脆性。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l产生产生475475脆性的原因：脆性的原因：475加热时，铁加热时，铁素体内固溶的素体内

18、固溶的Cr原子有序化，形成富原子有序化，形成富Cr的的体心立方点阵相（体心立方点阵相（80%Cr、20%Fe），相），相在在100晶面族上或位错处析出，并与母相晶面族上或位错处析出，并与母相保持共格关系，引起较大的晶格畸变和内保持共格关系，引起较大的晶格畸变和内应力，使钢的强度增加，韧性下降。应力，使钢的强度增加，韧性下降。l防止措施防止措施对已产生对已产生475脆性的钢，可通脆性的钢，可通过过700800短时加热，然后快冷的办法短时加热，然后快冷的办法来消除。来消除。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢三、铁素体不锈钢的热处理三、铁素体不锈钢的热处理由由Fe-Cr

19、相图可知，高铬的铁素体不锈钢相图可知，高铬的铁素体不锈钢平衡态组织为铁素体平衡态组织为铁素体+铬的碳化物。在加铬的碳化物。在加热和冷却过程中有碳化物的溶解析出过程，热和冷却过程中有碳化物的溶解析出过程，所以这类钢所以这类钢热轧退火态组织热轧退火态组织为富为富Cr的合金的合金铁素体铁素体+碳化物。碳化物。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢高温下部分高温下部分相变，会使冷却过程中产相变，会使冷却过程中产生马氏体转变，增加钢的脆性并促进晶间生马氏体转变，增加钢的脆性并促进晶间腐蚀倾向。腐蚀倾向。碳化铬的析出容易产生点蚀，在导致碳化碳化铬的

20、析出容易产生点蚀，在导致碳化物周围贫铬区时会产生晶间腐蚀倾向；物周围贫铬区时会产生晶间腐蚀倾向；Chapter 5 不锈钢不锈钢铁素体不锈钢在热轧后常采用淬火，退火铁素体不锈钢在热轧后常采用淬火，退火两种热处理制度。两种热处理制度。l淬火淬火采用采用870950加热，保温加热，保温1h后水后水冷，以避免高温晶间腐蚀和铁素体晶粒粗冷，以避免高温晶间腐蚀和铁素体晶粒粗大引起的脆化；大引起的脆化；l退火退火通常采用通常采用560800加热保温后快加热保温后快冷，以免引起冷，以免引起相析出，避免相析出，避免475脆性，脆性，消除应力，消除贫铬区。消除应力，消除贫铬区。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢C

21、hapter 5 不锈钢不锈钢四、铁素体不锈钢的应用举例四、铁素体不锈钢的应用举例Cr13型典型的钢种有型典型的钢种有0Cr13Al、00Cr12、1Cr15等，常用作耐热钢如汽车排气阀等。等，常用作耐热钢如汽车排气阀等。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢Cr17型典型的钢种有型典型的钢种有00Cr17、1Cr17、1Cr17Mo、00Cr18Mo2等，可耐大气、淡水、稀等，可耐大气、淡水、稀硝酸等介质腐蚀。硝酸等介质腐蚀。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢Cr28型典型的钢种有：型典型的钢种有：00Cr27Mo、00Cr30Mo等，

22、是耐强腐蚀介质的耐酸钢。等，是耐强腐蚀介质的耐酸钢。5.1 铁素体不锈钢铁素体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢由由Fe-Cr相图可知，马氏体不锈钢的铬含量相图可知，马氏体不锈钢的铬含量在在12% 18%之间，和铁素体不锈钢相比，之间，和铁素体不锈钢相比，除铬的上限含量较低外，还含有一定量的除铬的上限含量较低外，还含有一定量的C和和Ni等等相稳定元素，使这类钢在加热时有相稳定元素，使这类钢在加热时有较多的或完全的较多的或完全的相出现；又因相出现；又因稳定化元素稳定化元素含量不多，含量不多，Ms点仍在室温以上，所以淬火冷点仍在室温以上，所以淬火冷却时能产生马氏体相变，故此称为马氏体不却时能产

23、生马氏体相变，故此称为马氏体不锈钢。锈钢。 5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢5.2 马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢一、马氏体不锈钢的化学成分及平衡组织一、马氏体不锈钢的化学成分及平衡组织1 1马氏体不锈钢的化学成分马氏体不锈钢的化学成分根据马氏体不锈钢中铬和碳的含量，可根据马氏体不锈钢中铬和碳的含量，可以将马氏体不锈钢分为三类：以将马氏体不锈钢分为三类：低碳及中碳的低碳及中碳的13%Cr钢钢高碳的高碳的18%Cr钢钢低碳的低碳的17%Cr-2%Ni钢钢 5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l对于低对于低C及中及中C的不锈钢的不锈钢，因有一部分因

24、有一部分Cr要要和和C化合形成化合物而脱离固溶体，按化合形成化合物而脱离固溶体，按n/8规规律，律，1/8值时铬不锈钢最低的铬含量应为值时铬不锈钢最低的铬含量应为11.7%，故要使钢具有不锈的性能，钢中，故要使钢具有不锈的性能，钢中Cr含量应提高到含量应提高到13%；l对于高对于高C的的9Cr18，由于碳含量增高，钢中由于碳含量增高，钢中形成大量的碳化铬，使得固溶体中的形成大量的碳化铬，使得固溶体中的Cr降低降低较多，所以总的较多，所以总的Cr含量提高到含量提高到18%，以保证，以保证固溶体中的固溶体中的Cr含量达到含量达到1/8值。值。 5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈

25、钢不锈钢FC含量的变化对不锈钢的性能影响较大，因含量的变化对不锈钢的性能影响较大，因此对于不同此对于不同C含量就形成了不同的含量就形成了不同的13%Cr钢钢种。种。F在马氏体不锈钢中，随着在马氏体不锈钢中，随着C含量的增加，第含量的增加，第二相的数量增加，使得钢的强度升高，耐蚀二相的数量增加，使得钢的强度升高，耐蚀性下降；随着性下降；随着Cr含量的增加，耐蚀性增加。含量的增加，耐蚀性增加。5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l1Cr17Ni2钢是在钢是在Cr13型的基础上通过提高型的基础上通过提高Cr含量，即将含量，即将Cr含量提高到含量提高到17%再加入再加入2%N

26、i，以保持奥氏体相变（避免用增加，以保持奥氏体相变（避免用增加C含量获得奥氏体而影响耐蚀性能），从而含量获得奥氏体而影响耐蚀性能），从而使钢能淬火获得马氏体强化。使钢能淬火获得马氏体强化。 l1Cr17Ni2是这类钢中耐蚀性最好的。是这类钢中耐蚀性最好的。5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢此外，这类钢中还可以为了不同的其它目的此外，这类钢中还可以为了不同的其它目的而加入其它的合金元素而加入其它的合金元素。如。如加入加入Mo、V以提高硬度而形成了以提高硬度而形成了3Cr13Mo、9Cr18MoV钢；钢；加加Ni提高耐蚀性的同时，还提高钢的强、韧提高耐蚀性的同时，还提高

27、钢的强、韧性；性；加加S、Se可以改善其切削加工性能，如可以改善其切削加工性能，如1Cr13S、4Cr13Se。 l表表5-3 马氏体型不锈钢的牌号和化学成分马氏体型不锈钢的牌号和化学成分 5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢2 2马氏体不锈钢的平衡组织马氏体不锈钢的平衡组织Chapter 5 不锈钢不锈钢5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢对于对于1Cr131Cr13钢钢，在高温时形成，在高温时形成相，随着温相，随着温度的降低，度的降低，相部分转变为相部分转变为相，到相，到1100950钢中具有最多的钢中具有最多的相；温度相；温度再降低，钢又

28、处于再降低，钢又处于+两相区，随着温度两相区，随着温度的下降，的下降，相转变为相转变为相，并析出碳化物。相，并析出碳化物。室温下的平衡组织室温下的平衡组织为为+(Cr,Fe)4C。Chapter 5 不锈钢不锈钢对于对于2Cr132Cr13和和3Cr133Cr13钢钢，高温下高温下（12001300）处于）处于+两相区，但在较两相区，但在较大的温度范围内，钢处于大的温度范围内，钢处于单相区；在单相区；在900 800 ，钢中产生，钢中产生相变，随后钢经过相变，随后钢经过共析区产生共析区产生+(Cr,Fe)7C3的共析分解。的共析分解。室温下的平衡组织室温下的平衡组织为为+(Cr,Fe)4C+(

29、Cr,Fe)7C3。5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢对于对于4Cr134Cr13钢钢，高温处于高温处于单相区，冷却过程单相区，冷却过程中首先析出中首先析出(Cr,Fe)7C3；在；在800860产生产生共析分解。共析分解。室温下的平衡组织室温下的平衡组织为为+(Cr,Fe)7C3。 5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢二、马氏体不锈钢的热处理二、马氏体不锈钢的热处理马氏体马氏体不锈钢不锈钢可以进行多种热处理，以控可以进行多种热处理，以控制和调节这种相变，满足不同的性能要求。制和调节这种相变，满足不同的性能要求。预先热处理预先热处理是软化处

30、理或球化退火；是软化处理或球化退火；最终热处理最终热处理是淬火和高温回火（调质处是淬火和高温回火（调质处理）、淬火及低温回火等。理）、淬火及低温回火等。5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢l预先热处理预先热处理（1）软化处理软化处理通常有两种方法：通常有两种方法：一种是进行一种是进行高温回火高温回火，即将锻件加热到，即将锻件加热到700800保温保温2h6h后空冷，使马氏体后空冷，使马氏体转变为回火索氏体，从而降低硬度。转变为回火索氏体，从而降低硬度。 另一种方法是另一种方法是完全退火完全退火。5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢（2）球化退

31、火球化退火值得指出的是，生产中常将球化退火和软值得指出的是，生产中常将球化退火和软化退火合并进行（有时也称为重结晶退化退火合并进行（有时也称为重结晶退火）。火）。退火后的组织为铁素体基体上分布着碳化退火后的组织为铁素体基体上分布着碳化物及晶界上网状分布着的碳化物颗粒。物及晶界上网状分布着的碳化物颗粒。 5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢对于小件、薄壁件，淬火冷却可用空冷、对于小件、薄壁件，淬火冷却可用空冷、风冷；对于中小件则可用油冷。风冷；对于中小件则可用油冷。1Cr13淬淬火后的硬度约为火后的硬度约为43HRC；2Cr13为为50HRC左右。左右。5.2马氏体不锈

32、钢马氏体不锈钢l最终热处理最终热处理：（1）调质处理调质处理1Cr13、2Cr13类似于普通调质钢，一般类似于普通调质钢，一般用作不锈钢结构件，所以常用调质处理，用作不锈钢结构件，所以常用调质处理，以获得高的综合力学性能。以获得高的综合力学性能。Chapter 5 不锈钢不锈钢这类钢在淬火后应及时回火，由于铬的抗这类钢在淬火后应及时回火，由于铬的抗回火性和回火性和Ac1点的升高，所以调质回火温度点的升高，所以调质回火温度也相应较高，通常也相应较高，通常1Cr13为为650700，2Cr13为为640700。同样，为了防止回火脆性，回火后易采用同样，为了防止回火脆性，回火后易采用油冷。为了消除回

33、火快冷的内应力，可在油冷。为了消除回火快冷的内应力，可在回火后再进行一次回火后再进行一次400 左右的去应力处理。左右的去应力处理。高温回火后马氏体转变为回火索氏体。高温回火后马氏体转变为回火索氏体。 5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢此外，由于此外，由于Cr的抗回火性，的抗回火性，500以下回以下回火后硬度变化很少，对于含有火后硬度变化很少，对于含有Mo、Co的的钢，还表现出二次硬化效应。钢，还表现出二次硬化效应。5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢必须指出的是，这类钢在必须指出的是，这类钢在500 650 温度温度回火后还会出现耐蚀性降

34、低的现象。回火后还会出现耐蚀性降低的现象。这和晶这和晶界贫铬及组织中存在内应力有关。界贫铬及组织中存在内应力有关。在在400以下，碳化铬开始析出；以下，碳化铬开始析出；500 以后以后将向富铬的碳化物转化，这将导致碳化物周将向富铬的碳化物转化，这将导致碳化物周围产生贫围产生贫Cr区；当温度进一步提高到区；当温度进一步提高到600以后，以后，Cr的扩散速度加快，将对贫的扩散速度加快，将对贫Cr区补区补充充Cr而使耐蚀性得到恢复。应力的作用加剧而使耐蚀性得到恢复。应力的作用加剧发生应力腐蚀开裂的倾向。发生应力腐蚀开裂的倾向。5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢（2）淬火及

35、低温回火淬火及低温回火3Cr13、3Cr13Mo、4Cr13钢类似于工具钢，钢类似于工具钢，所以其最终热处理常采用淬火及低温回火。所以其最终热处理常采用淬火及低温回火。其目的是为了获得高的硬度和高的耐磨性。其目的是为了获得高的硬度和高的耐磨性。5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢3Cr13淬火加热可以得到单相奥氏体，淬火加热可以得到单相奥氏体，4Cr13可以加热到可以加热到Acm线以下，即可获得最线以下，即可获得最高硬度，还可以避免晶粒粗化，因此这两高硬度，还可以避免晶粒粗化，因此这两种钢都可以加热到种钢都可以加热到10001050温度范围温度范围内淬火。淬火时为了减

36、少变形，可用硝盐内淬火。淬火时为了减少变形，可用硝盐分级冷却，淬火后将得到马氏体和碳化物分级冷却，淬火后将得到马氏体和碳化物以及少量的残余奥氏体。以及少量的残余奥氏体。4Cr13淬火及低温回火后的硬度，刃部为淬火及低温回火后的硬度，刃部为5054HRC，其余部分为，其余部分为4045HRC。 5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢三、马氏体不锈钢的应用举例三、马氏体不锈钢的应用举例马氏体不锈钢具有高的强度和耐磨性，但马氏体不锈钢具有高的强度和耐磨性，但耐蚀性、塑性和焊接性较铁素体不锈钢、耐蚀性、塑性和焊接性较铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢为差，

37、但由于它有较好的力奥氏体不锈钢为差，但由于它有较好的力学性能和耐蚀性的结合，所以是机械工业学性能和耐蚀性的结合，所以是机械工业中广泛使用的一类钢。中广泛使用的一类钢。Chapter 5 不锈钢不锈钢5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢其中含其中含C较低的较低的1Cr13、2Cr13、Cr17Ni2对应地类似于普通调质钢，可以用于制造对应地类似于普通调质钢，可以用于制造机械零件，如汽轮机叶片（机械零件，如汽轮机叶片（1Cr13、2Cr13）等不锈结构件；等不锈结构件；C含量稍高的含量稍高的3Cr13、4Cr13、9Cr18等对应地类似于工具钢，主等对应地类似于工具钢，主要用于制造不锈弹簧、不锈轴承、测

38、量工要用于制造不锈弹簧、不锈轴承、测量工具及医用手术刀等。具及医用手术刀等。 Chapter 5 不锈钢不锈钢1Cr17Ni2钢是马氏体不锈钢中耐蚀性最好、钢是马氏体不锈钢中耐蚀性最好、强度最高的钢。特别是在海水中与铜接触，强度最高的钢。特别是在海水中与铜接触，具有很高的耐电化学腐蚀性能；在海水和硝具有很高的耐电化学腐蚀性能；在海水和硝酸中有较好的耐蚀性。酸中有较好的耐蚀性。所以这种钢在船舶尾轴、压缩机转子等制造所以这种钢在船舶尾轴、压缩机转子等制造中有着广泛的应用，也还用于生产铸件。中有着广泛的应用，也还用于生产铸件。5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢对于对于1C

39、r17Ni2钢，加热到钢，加热到9001000时，时，处于处于相区，且接近相区，且接近/+相界。因为相界。因为相区小相区小且且/+相界线几乎是直立的特点，所以化学相界线几乎是直立的特点，所以化学成分稍有波动，即影响钢中的铁素体含量。成分稍有波动，即影响钢中的铁素体含量。当钢中出现大量的铁素体时，力学性能降低，当钢中出现大量的铁素体时，力学性能降低，热塑性变差，锻造时形成裂纹的倾向增大。热塑性变差，锻造时形成裂纹的倾向增大。正常情况下，铁素体含量一般控制在正常情况下，铁素体含量一般控制在10%15%以内。以内。1Cr17Ni2钢还有钢还有475、回火脆性、大锻件、回火脆性、大锻件易发生白点及热加

40、工工艺较难控等缺点。易发生白点及热加工工艺较难控等缺点。5.2马氏体不锈钢马氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢含有含有Cr和较的稳定奥氏体元素和较的稳定奥氏体元素Ni、Mn、N等使钢在室温条件下为单相奥氏体的钢称为等使钢在室温条件下为单相奥氏体的钢称为奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢。这类钢具有耐蚀性高，塑性高、韧性和低温这类钢具有耐蚀性高，塑性高、韧性和低温韧性好，无磁性，易于加工成形为各种形状韧性好，无磁性，易于加工成形为各种形状的钢材，具有良好的焊接性能等一系列优点，的钢材，具有良好的焊接性能等一系列优点，是应用最广泛的耐酸钢，约占不锈钢总量的是应用最广泛的耐酸钢，约占不锈钢总量的2/3

41、之多。之多。 5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢一、奥氏体不锈钢的化学成分及平衡组织一、奥氏体不锈钢的化学成分及平衡组织1奥氏体不锈钢的化学成分奥氏体不锈钢的化学成分奥氏体不锈钢的主要成分是奥氏体不锈钢的主要成分是18%Cr和和8%Ni。其特点是利用。其特点是利用Cr和和Ni的配合来的配合来获得奥氏体。获得奥氏体。18%Cr-8%Ni（简称（简称18-8型）型）的配合正处于的配合正处于Schaeffler组织图（图组织图（图5-4）上形成奥氏体有利的位置。上形成奥氏体有利的位置。5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不

42、锈钢不锈钢5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢Ni和和Cr对形成奥氏体来说是相辅相成的对形成奥氏体来说是相辅相成的：Ni含量在含量在25%8%的范围内的范围内，Cr含量在含量在1%18%的范围内都促进奥氏体的形成。的范围内都促进奥氏体的形成。Cr含量超过含量超过18%时时，则促进铁素体的形成。，则促进铁素体的形成。5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢Cr、Ni含量的多少还取决于耐蚀性能的要求含量的多少还取决于耐蚀性能的要求当铁基固溶体中当铁基固溶体中Cr的含量达到的含量达到n/8量时，固量时，固溶体的电极电位有一个突跃提高。溶体的电极电位

43、有一个突跃提高。由于由于Ni也有助于钝化，所以当也有助于钝化，所以当Cr和和Ni的总量的总量=18+8=26时，固溶体基体的电极电位接近时，固溶体基体的电极电位接近n/8规律中规律中n=2的电位值，这样既得到了单相的电位值，这样既得到了单相奥氏体，又得到了较好的钝化性能，从而使奥氏体，又得到了较好的钝化性能，从而使耐蚀性达到了较高的水平。耐蚀性达到了较高的水平。l正是由于这两方面的原因，使得正是由于这两方面的原因，使得18-8的成分的成分设计成为奥氏体不锈钢的基本成分。设计成为奥氏体不锈钢的基本成分。5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢在在18-8的基础上再增加的基

44、础上再增加Cr、Ni含量，还可含量，还可进一步提高钢的钝化性能，增加奥氏体的进一步提高钢的钝化性能，增加奥氏体的稳定性，提高钢的固溶强化效果，使钢的稳定性，提高钢的固溶强化效果，使钢的耐蚀、耐热性能更为优良，如耐蚀、耐热性能更为优良，如1Cr23Ni13、1Cr23Ni18等。等。适当增加适当增加C含量可以提高钢的强度。降低含量可以提高钢的强度。降低C含量可以提高耐蚀性；含量可以提高耐蚀性；5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢再加入再加入Mo、Cu、Ti可以抗还原性酸，如可以抗还原性酸，如00Cr17Ni14Mo2、1Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18M

45、o2Cu2Ti、等。、等。n加入加入Ti、Nb可以形成稳定的碳化物，提高可以形成稳定的碳化物，提高抗晶间腐蚀性能。抗晶间腐蚀性能。5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢此外，以此外，以Mn、N部分代替或全部代替部分代替或全部代替Ni可可以获得少含以获得少含Ni或不含或不含Ni的奥氏体不锈钢。的奥氏体不锈钢。需要指出的是，在上述钢种中，由于加入需要指出的是，在上述钢种中，由于加入的的Ti、Nb、Mo为铁素体形成元素，故常为铁素体形成元素，故常常需要增加常需要增加Ni含量加以平衡，以获得单相含量加以平衡，以获得单相奥氏体组织。奥氏体组织。5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢C

46、hapter 5 不锈钢不锈钢5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢Fe-Cr-Ni-C相图相图由图可见，这类钢在高温有一个由图可见，这类钢在高温有一个C含量较宽的含量较宽的奥氏体相区，奥氏体相区，C在奥氏体中溶解度随温度沿在奥氏体中溶解度随温度沿ES线变化。缓慢冷却时沿线变化。缓慢冷却时沿ES线线C以合金碳化物的以合金碳化物的形式析出，主要为形式析出，主要为(Cr,Fe)23C6。至。至SK线以下还线以下还要发生要发生相变，部分相变，部分相转变成相转变成相，故平衡相，故平衡态时，态时，18-8奥氏体室温下的组织是奥氏体室温下的组织是+C（C为为碳化物），当加热到碳化

47、物），当加热到ES线以上时，线以上时，(Cr,Fe)23C6等又可完全溶入奥氏体，经淬火就可获得等又可完全溶入奥氏体，经淬火就可获得C等等元素在元素在相中过饱和的固溶体。相中过饱和的固溶体。5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢18-8型奥氏体钢在平衡态时的组织为奥氏体型奥氏体钢在平衡态时的组织为奥氏体+铁素体铁素体+碳化物组成，而实际的单相奥氏碳化物组成，而实际的单相奥氏体是通过热处理的配合获得的。体是通过热处理的配合获得的。此外，因高铬和其它铁素体形成元素，这此外，因高铬和其它铁素体形成元素，这类钢在类钢在650850还会有还会有相析出；相析出；在高温下加热，还会

48、有在高温下加热，还会有铁素体形成。铁素体形成。5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢二、奥氏体不锈钢的晶间腐蚀和应力腐蚀二、奥氏体不锈钢的晶间腐蚀和应力腐蚀1奥氏体不锈钢的晶间腐蚀奥氏体不锈钢的晶间腐蚀自二十年代工业界采用奥氏体不锈钢以来，自二十年代工业界采用奥氏体不锈钢以来，发现这类钢焊接后温度为发现这类钢焊接后温度为450800的热的热影响区在许多介质中产生晶间腐蚀。这些介影响区在许多介质中产生晶间腐蚀。这些介质主要是热的浓度为质主要是热的浓度为50%65%的硝酸，含的硝酸，含铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等。铜盐和氧化铁的硫酸溶液、热有机酸等。5.3 奥氏体不

49、锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢后来发现这类钢在后来发现这类钢在450800工作，或在工作，或在该温度下进行时效处理（或保温或缓慢冷该温度下进行时效处理（或保温或缓慢冷却）时，也会得到由于焊接加热的同样效却）时，也会得到由于焊接加热的同样效果。这种时效处理会导致不锈钢晶间腐蚀果。这种时效处理会导致不锈钢晶间腐蚀的敏感性，所以又称敏化处理。的敏感性，所以又称敏化处理。而把容易引起晶间腐蚀的温度区间而把容易引起晶间腐蚀的温度区间450 800称为敏化温度。称为敏化温度。5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢近年来的研究证明，这种腐蚀形式不仅在铬近年来的研究

50、证明，这种腐蚀形式不仅在铬钢、铬镍钢中存在，而且在镍、铜、铝基合钢、铬镍钢中存在，而且在镍、铜、铝基合金中也存在。金中也存在。晶间腐蚀产生的原因是晶界和晶内的化学成晶间腐蚀产生的原因是晶界和晶内的化学成分不均匀性。分不均匀性。5.3 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢Chapter 5 不锈钢不锈钢在不锈钢和镍基合金中晶间腐蚀的机制可以在不锈钢和镍基合金中晶间腐蚀的机制可以分为三种基本类型：分为三种基本类型：一是一是腐蚀与保证材料在该介质中耐蚀的元素腐蚀与保证材料在该介质中耐蚀的元素沿晶界区贫化有关；沿晶界区贫化有关；二是二是腐蚀与沿晶界析出物的化学稳定性有关；腐蚀与沿晶界析出物的化学稳定性有关；三是三