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不锈钢知识漫谈

作者: admin 时间:2018-07-08 来源:未知
摘要:前言: 钢铁是国民经济的基础,任何行业都离不开钢铁的应用。我们住的房子、炊事工具、纺织机器、行走的交通工具、能源设备、能有材料代替钢铁吗?到目前还没有。所以,没有钢...

前言:

    钢铁是国民经济的基础,任何行业都离不开钢铁的应用。我们住的房子、炊事工具、纺织机器、行走的交通工具、能源设备、能有材料代替钢铁吗?到目前还没有。所以,没有钢铁,我们将什么都没有。人类的活动决定物质世界,人类从了解自然到了解自我,人类创造了需要什么?人类发现了火,知道了工具;人类防止野兽伤害,知道了把房子集聚在一起;把房子集聚在一起,知道了人类的社会活动;社会活动导致不同的需要,钢铁的发展就是从人们需要开始。
钢铁是怎么炼成的吗?这是一句很平常的问话,却反应出钢铁慢长的发展史。最早发现钢铁是什么时候,因没文字,所以没记载。我们所记录钢铁的加工方法,只有铸造技术,铸造技术有5000年还是7000年,出土文物的年代不断地往前更改。这一技术到200多年前的工业革命,炼钢技术兴起,钢铁从静压工程发展到用于动压工程,各种结构用材料得到应用,随着火车、船舶、汽车、飞机、航天和石油化工的工业化,特殊性能的钢材开发出来,不锈钢就是在特殊钢的基础上被发明的。也成为了钢铁家庭中的一员。
一、钢铁的产品结构
1、钢铁品种分类:

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2、钢铁制造方法分类:
1)铸造冶金
    铸造是用热熔化金属,使其成为液态再浇入铸模,凝固成型。这就是可方可圆的道理。铸造技术的特点:可制造任意复杂的形状,而其它加工技术望尘莫及的。小到几克的戒指,大到数百吨的机座,如轧机机座,液压机机座,在金属加工技术应用最多,飞机、船舶、铁道车辆、汽车、交通设施和农业机械以及炊事用具等都离不开铸造技术,大致占金属加工60%以上。
2)锻造冶金
    锻造加工技术是最古老的金属加工技术,俗话说,千锤百炼,百炼成钢,这就是锻造的含义。适用于难变形的钢、多合金元素的钢,因多组织凝固而形成的内裂纹和缩孔,通过锻造使内部被挤压,消除内裂纹和缩孔,使钢基致密性提高。特别是大规格和大件浇注材料,内部中心凝固的时间较长,形成缩孔。如大型电机轴、轧辊、传动轴等采用锻造加工技术才能满足技术要求。
3)压延冶金
    压延技术就是常说的压轧塑性变形。是锻打技术随工业革命发展起来的实用技术,是锻打加工走向节能加工符合现代要求的主要加工技术。主要制造长材和薄材金属产品,连续地把块状坯料轧制成板材、棒材和管材,再延伸轧制不同断面的型材(角钢、槽钢、工字钢、方钢、扁钢和螺纹钢等)
4)粉磨冶金
    金属粉末是日常用品较普遍的产品。用于模具(硬质合金:无缝钢管穿孔顶模,钢材拉拔模具,机械加工切削刀具、石油钻头),磁性材料(铁氧体,永磁体等),过滤器(分子过滤器、钢液过滤器、),催化剂(高分子分解、化学反应、石油裂解),电池和涂料。特别是电器用的多孔无油合金轴承(风扇,空调,冰箱等用轴承)。金属粉末制造技术有机械破碎法、脆化处理+机械破碎法、还原法(木炭还原法,制作钨粉和钼粉,铁粉和钴粉)、电解法(水溶液电解法,熔盐电解法,液体金属阴极法)、喷雾法(用气体或水喷雾液体金属)、羰基法。
二、不锈钢比例与前景
    根据世界各统计单位对不锈钢2010年的消耗量定在了3200万吨,而世界粗钢产量定在了14亿吨,不锈钢所占比例为2.3%。我国2010年钢产量达6.2亿吨,不锈钢产量为1126万吨,占钢产量的1.8%,与世界平均水平还差0.5%个百分点。与先进国家日本10%,美国8%还有很长一段距离。
前段说的普钢在钢铁产业中的比例量达到90%左右。普钢解释为普通用途的钢,从金属元素称铁-碳合金。是金属铁元素中含有多少百分比的碳元素组成的金属,根据含碳量的高低分为:
铸铁(碳含量≥2%);
高碳钢(碳含量2.0%-0.65%);
中碳钢(碳含量0.65%-0.2%);
低碳钢(碳含量≤0.2%)。
    其余10%左右的钢是三种金属元素组成的钢为特钢产品。不锈钢属特钢产品之一个种类,以20年前不锈钢比例的0.5%左右发展到当前的比例2.3%,可以说;也有了很大发展。随着地球环境变化和资源的耗尽,不锈钢具有满足现代要求的材料,将逐步代替普钢部分产品。如桥梁的寿命提高到大于120年,沿海码头用钢结构和混泥土钢结构都需提高寿命和可回收再循环利用,不锈钢应用前景随人类生活条件而改变。
三、何谓不锈钢
1、不锈钢的定义
    不锈是针对钢铁易锈蚀而提出的。是在普钢应用的基础上,钢材锈蚀为普遍现象,造成钢铁设施不断地减重和使去力学性能而报废。防止钢材锈蚀提出不锈方法的概念,从铁的应用开始,防止锈蚀的技术伴随同生,不断创新,保存有几千年的防锈实物呈现到今天,却防锈技术却失传,为此感叹但还得继续。普钢生锈的现象分析;普钢的化学成分是铁(Fe)和碳(C)的最简单最经济的组合,由于铁-碳金属中的铁元素与空气中活泼的氧气接触,发生化学反应生成氧化物(FeO)这一层氧化物叫亚铁,不稳定状态,氧化铁继续氧化生成(Fe3O4),再氧化生产稳定(Fe2O3)。在普钢表面是由以上三种结构的氧化物组成,年统计钢铁的锈蚀损耗达到10%,而且氧化铁物质是分散得不到回收条件,造成很大的经济损失和资源浪费,不利益经济的持续发展,研究不锈的方法层出不穷,有涂防锈漆的、有电镀合金的、有涂塑的、再是材料本身是不锈材料的。
    只有不锈材料是环保而节约资源的有效方法。但不锈又是相对的,是相对于普碳钢材而言的,是有条件的。不同的环境、不同的介质、不同的时长,不锈钢同普碳钢一样会锈蚀。所以不锈钢不是不锈,而是相对不锈。是在铁-碳合金中增加铬的元素,为铁-碳-铬三元素结合的金属,将碳稳定在0.2%的含量时,铬的含量增加到12.5%(原子量百分比12.5,重量百分比为11.6)时,呈现出不锈性(在干燥空气中不被锈蚀)。钢中铬低于12.5%时,一般称为合金钢,相对易锈蚀。增加铬的含量,防锈能力增强。而稳定铬含量12.5%时,增加碳含量,防锈能力下降,降低碳的含量,防锈能力增强。不锈钢必须含铬元素而铬含量最低不小于12.5%时才能称此钢材为不锈钢。这是根据铬使铬-铁合金的电极电位提高,铬含量在1/8、2/8、3/8---原子比时,铁-铬合金电极电位呈跳跃式提高,叫n/8定律,也就是合金的电极电位从负电位变为正电位。不锈钢只能在常态下对空气中的氧产生过敏而钝化呈现出不锈性,但对一般的酸、碱、盐介质的耐蚀性能力差别很大。正因如此,不锈钢在不锈的基础上针对各种介质和环境,利用自然界存在的金属元素(74种)和非金属元素(17种)根据各种用途进行二元系、三元系和多元系研究,不锈钢出现了满足不同要求的很多钢种,如耐酸不锈钢0Cr18Ni9(304)等钢种。没有铬元素或铬元素小于12.5%的其它金属只能称合金钢和合金材料。
2、不锈钢的腐蚀
    不锈钢也有腐蚀,如在高温下,表面被氧化形成氧化皮,这是不争的事实。金属腐蚀分两方面发生,一是化学腐蚀,二是电腐蚀。金属在高温下产生的腐蚀叫化学腐蚀,金属在常温下产生的腐蚀叫电腐蚀。化学腐蚀叫均匀腐蚀,电腐蚀叫局部腐蚀。
1)化学腐蚀
    金属高温腐蚀这是常知。只不过不锈钢与普钢的腐蚀程度不一样。不锈钢能承受更高的温度,如1Cr13(410)的氧化温度在500℃-600℃;1Cr17(430)的氧化温度在600℃-700℃;而0Cr18Ni8(304) 的氧化温度在800℃-900℃;普钢的氧化温度却只有200℃-300℃。不锈钢的腐蚀程度随温度升高而严重,普钢的腐蚀是随时间而严重。不锈钢表面生成的氧化皮反而阻止再氧化,普钢生成氧化皮加重氧化。当然,人们要问,那么在常温呢?普钢在无防护腐蚀措施的保护下也要被空气中的氧腐蚀掉。不锈钢的常温腐蚀要复杂得多,不仅与氧有关,也与组织、内部夹杂、内部应力以及热处理状态有关、还与环境介质有关。下面要谈到是电化学腐蚀?

 1)电化学腐蚀

    前面谈到不锈钢在高温状态下产生的腐蚀现象。接下来说一说常温状态下的不锈钢的腐蚀现象。要知道,温度对不锈钢的耐氧化有很大关系,因为,不同性质的不锈钢其表面氧化温度是不一样的,所以,正确选取不锈钢应考虑在什么温度下使用,再去考虑其它方面的性能和要求。说到这里,应该对不锈钢有了一点了解,不锈钢的不锈性是有条件的。那么,电化学腐蚀是如何发生的呢?首先,应知道,物质世界的元素和组成的化合物,都具有不同的电极电位(电极势),也就是说,不同的物质之间存在着电极势,一旦有溶液或电解质充实两物质之间,创立了电池回路,形成微电流。这就说,电腐蚀是一种普遍的现象。

    ⑴点腐蚀产生有的因素

    ①不锈钢表面夹杂:表面存在有氧化物、硫化物、硅酸盐等夹杂,如果表面再遇到水溶液附带上面,水在两物质之间电解,有微电流产生,水电解为氢离子和氢氧离子,而氢氧离子与铬可发生化学反应,变成氢氧化铬而腐蚀。

    ②不锈钢表面粗糙面:表面存在麻坑或麻面等粗糙的表面。粗糙的表面容易存积空气中的悬浮微粒(灰尘),而灰尘又吸附空气中的水份,于是,水份的存在,水份在两物质之间的电极电位的作用下电解,分解出氢离子和氢氧离子,氢氧离子与铬反应而腐败蚀。

    ③氯离子环境:不锈钢表面处于有氯离子的气氛中时,氯离子选择性破坏表面钝化膜,选择性是因为不锈钢表面存在有夹杂、粗糙点、成分偏析和力学性能差异,氯离子本就是电解质,氯离子与氧可生成次氯酸,氢氧离子与铬反应生成氢氧化铬,钝化膜一旦被破坏就会出现腐蚀集中,也称孔蚀。

    ⑵组织腐蚀:

    组织腐蚀也称晶间腐蚀。奥氏体不锈钢或奥氏体与铁素体双相钢中,钢中的碳元素随加热溶解于奥氏体中,如在热轧制过程中,钢被加热到1000-1200℃,碳元素开始于900℃溶解于奥氏体中,1050℃碳元素基本完全溶解于奥氏体中。但在冷却过程中,碳又从奥氏体中被析出,并在晶间处与铬元素化合,成为Cr23C6的碳化物。使晶间处的铬含量减少,造成贫铬现象,也就使去防锈的功能。

    ⑶应力腐蚀:

    不锈钢热轧变形、冷拔变形、冷轧变形和热处理过程中,钢基内部残余应力将造成通条性能不均。特别是冷变形表面,因晶格奇变,容易受外部环境影响(如摩擦、划伤、碰撞和浸蚀受到腐蚀集中)和附加应力叠合大于晶间原子力时被破坏。

    3、不锈钢的耐腐蚀性能

    ⑴不锈钢的组织结构

    马氏体<铁素体<镍-铬奥氏体

    这里特别提到奥氏体不锈钢分高镍、低镍和无镍奥氏体不锈钢。其不锈性能有:

    无镍奥氏体<低镍奥氏体<高镍奥氏体

    ——马氏体是因为钢中铬含量为13%左右,并有碳含量为0.1%-0.4%的范围变化。就是说碳含量较高,而碳元素在不锈钢中是降低耐锈性能的,所以防锈性是随碳含量增加而下降。再来谈谈,马氏体不锈钢。人们常称马氏体和铁素体为铬不锈钢,还有称为铬铁钢。其实马氏体不锈钢与铁素体不锈钢有很大区别的,一是形成机理不一样;由于钢中碳元素是奥氏体形成元素。马氏体在高温区为奥氏体组织,冷却到低温(常温)为马氏体组织,也就是说,马氏体不锈钢有相变发生。根据冷却的方式和冷却速度,可得到淬火工艺有不同的硬度和强度性能,但塑性很低,冷变形较差,变形后容易自裂,需及时退火消除应力处理。所以说,马氏体不能冷变形后交货。

 

    ——铁素体不锈钢铬含量提高到17%以上或碳含量降到0.08%以下时,其内部组织为铁素体在高温到低温不发生相变,随着铬元素含量的增大,防锈蚀能力也增强,但铁素体不锈钢变形硬化率很低,变形应力也低。不能用冷变形提高强度值,反而降低了塑性,使铁素体不锈钢变脆如受力而自裂。再是铁素体不锈钢有低温脆性,不能适用于常温以下(特别是东北地区的冬季)的装置,还有475℃脆性的温度下,所以使用范围较窄,造成使用上的限制。如果将铁素体碳含量降低到0.001%以下,再将钢中的氮元素降到0.001%以下,而低温脆性可降到-80℃以下,发挥出无镍和防锈的优越性。

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