上海金琪尔特殊钢有限公司
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不锈钢的性能与组织
目前已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，zui常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响zui大的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。
904L
904L（N08904，,14539）XX奥氏体不锈钢中含14.0-18.0%铬， 24.0-26.0%镍，4.5%钼。904LXX奥氏体不锈钢属低碳高镍、钼奥氏体不锈耐酸钢，为引进法国H·S公司的专有材料。具有很好的活化—钝化转变能力，耐腐蚀性能极好，在非氧化性酸如硫酸、醋酸、甲sua、
、磷酸中具有很好的耐蚀性，在中性含氯离子介质中具有很好的抗点蚀性，同时具有良好的抗缝隙腐蚀及抗应力腐蚀性能。适用于70℃以下各种浓度硫酸，在常压下耐任何浓度、任何温度的醋酸，及甲sua与醋酸的混酸中的耐腐蚀性也很好。
904LXX奥氏体不锈钢属低碳高镍、钼奥氏体不锈耐酸钢，为引进法国H·S公司的专有材料。具有很好的活化—钝化转变能力，耐腐蚀性能极好，在非氧化性酸如硫酸、醋酸、甲sua、磷酸中具有很好的耐蚀性，在中性含氯离子介质中具有很好的抗点蚀性，同时具有良好的抗缝隙腐蚀及抗应力腐蚀性能。适用于70℃以下各种浓度硫酸，在常压下耐任何浓度、任何温度的醋酸及甲sua与醋酸的混酸中的耐腐蚀性也很好。
XX奥氏体不锈钢904L（00Cr20Ni25Mo4.5Cu；UNS：N08904；EN：1.4539）是一种含碳量低的高合金的奥氏体不锈钢，在稀硫酸中有很好抗腐蚀性，专为腐蚀条件苛刻的环境而设计。具有较高的铬含量和足够的镍含量，铜的加入使它具有很强的抗酸能力，尤其对氯化物间隙腐蚀和应力腐蚀崩裂有高度抗性，不易出现蚀损斑和裂缝，抗点蚀能力略X于其他钢种，具有良好的可加工性和可焊性，可用于压力容器。
牌号及标准：
UNS N08904（美国机动车工程师学会和美国材料与试验协会于1967年共同设计的标准）、DIN1.4539（德国标准）、ASTM A240（美国材料与试验协会标准；全新标准将其归为不锈钢系列，原有标准ASME SB-625将其归为镍基合金系列）、SUS890L。
904L不锈钢的金相结构:
904L是完全奥氏体组织，舆一般含钼量高的奥氏体不锈钢相比，904L对铁素体和α相的析出不敏感。
物理和机械性能：
密度：8.0g/cm3。抗拉强度：σb≥520Mpa。延伸率：δ≥35%。904L不锈钢的耐腐蚀性:
由于904L碳含量是很低的（zui大0.020%），因此在一般热处理和焊接的情况下，不会有碳化物析出。这样消除了一般热处理和焊接后出现在的晶间腐蚀的危险。由于高的铬镍钼含量，并且添加了铜元素，因此904L即使在还原性环境中，如硫酸和甲sua中也可以被钝化。高的镍含量使其在活性状态下也有较低的腐蚀速度。在0~98%的浓度范围内纯硫酸中，904L的使用温度可高达40摄氏度。在0~85%浓度范围内的纯磷酸中，其抗腐蚀性能是非常好的。在湿法工艺生产的工业磷酸中，杂质对抗腐蚀性能有很强的影响。在所有各种磷酸中，904L抗腐蚀性X于普通的不锈钢。在强氧化性的xiao酸中，904L与不含钼的高合金化的钢种相比，抗腐蚀性能较低。在盐sua中，904L的使用仅限于较低的浓度1-2%。在这个浓度范围。904L的抗腐蚀性能好于常规不锈钢。904L钢具有很高的抗点腐蚀能力。在氯化物溶液中其抗缝隙腐蚀能力也是很好的。904L的高镍含量，降低了在麻坑和缝隙处的腐蚀速度。普通的奥氏体不锈钢在温度高于 60摄氏度时，在一个富氯化物的环境中对应力腐蚀可能是敏感的，通过提高不锈钢的镍含量，可以降低这种敏化性。由于高的镍含量，904L在氯化物溶液，浓缩的氢氧化物溶液和富硫化氢的环境中，具有很高的抗应力腐蚀破裂能力。
配套焊材：焊条（E385-16/17），焊丝（ER385）。
904L的应用注意事项：
1、加工性能
1.1 焊接性能
与一般的不锈钢一样 ,90 4 L可以采用各种各样的焊接方式进行焊接。zui常用的焊接方式为手工电弧焊或惰性气体保护焊 ,焊条或焊丝金属基于母材的成分且纯度更高 ,钼的含量要求高于母材。焊前一般无须进行预热 ,但是在寒冷的户外作业 ,为避免水汽的凝集 ,接头部位或临近区域可作均匀加热。注意局部温度不要X过 10 0℃ ,以免导致碳集聚 ,引起晶间腐蚀。焊接时宜采用小的线能量、连续及快的焊接速率。焊后一般无须热处理 ,如需进行热处理 ,须加热至 110 0～ 1150℃后迅速冷却。
1.2 机加工性能
90 4 L的机加工特点类似于其他奥氏体不锈钢 ,加工过程中有粘刀及加工硬化的趋势。须采用正前角硬质合金刀具 ,以硫化及氯化油作为切削冷却液 ,设备及工艺应以减少加工硬化为前提。切削过程中应避免用慢的切削速度及进刀量。
化学性能:
合金 | % | 铬 | 镍 | 钼 | 铜 | 铁 | 碳 | 锰 | 硅 | 磷 | 硫 |
904L | zui小 | 19 | 23 | 4 | 1 | 余量 | |||||
zui大 | 23 | 28 | 5 | 2 | 0.02 | 2 | 1 | 0.045 | 0.035 |
机械性能:
Density | 8.0 g/cm3 |
Melting point | 1300-1390 ℃ |
常温下合金的机械性能的zui小值:
合金状态 | 抗拉强度 Rm N/mm2 | 屈服强度RP0.2N/mm2 | 延伸率 A5 % |
904L | 490 | 216 | 35 |
904L用途,应用范围、应用X域有:
* 石油、石化设备，如石化设备中的反应器等。
* 硫酸的储存与运输设备，如热交换器等。
* 发电厂烟气脱硫装置，主要使用部位有：吸收塔的塔体、烟道、档门板、内件、喷淋系统等。
* 有机酸处理系统中的洗涤器和风扇。
*海水处理装置，海水热交换器，造纸工业设备，硫酸、xiao酸设备，制酸、制药工业及其他化工设备、压力容器，食品设备。
*制药厂:离心机，反应器等。
*植物食品：酱油罐，料酒，盐罐，设备和敷料。
*对稀硫酸强腐蚀介质904L是匹配的钢种。
实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单X存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。
1．各种元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用
1-1.铬在不锈钢中的决定作用
决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方面得到说明：
①铬使铁基固溶体的电极电位提高
②铬吸收铁的电子使铁钝化
钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。
1-2. 碳在不锈钢中的两重性
碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。
认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。
例如工业中应用zui广泛的，也是zui起码的不锈钢——0Crl3～4Cr13这五个钢号的标准含铬量规定为12～14％，就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才决定的，目的即在于使碳与铬结合成碳化铬以后，固溶体中的含铬量不致低于11.7％这一zui低限度的含铬量。
就这五个钢号来说由于含碳量不同，强度与耐腐蚀性能也是有区别的，0Cr13～2Crl3钢的耐腐蚀性较好但强度低于3Crl3和4Cr13钢，多用于制造结构零件，后两个钢号由于含碳较高而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度及耐磨的零件。又如为了克服18－8铬镍不锈钢的晶间腐蚀，可以将钢的含碳量降至0.03％以下，或者加入比铬和碳亲和力更大的元素（钛或铌），使之不形成碳化铬，再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时，我们可以在增加钢的含碳量的同时适当地提高含铬量，做到既满足硬度与耐磨性的要求，又兼顾—定的耐腐蚀功能，工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢9Cr18和9Cr17MoVCo钢，含碳量虽高达0.85～0.95％，由于它们的含铬量也相应地提高了，所以仍保证了耐腐蚀的要求。
总的来讲，目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，大多数不锈钢的含碳量在0.1～0.4％之间，耐酸钢则以含碳0.1～0.2％的居多。含碳量大于0.4％的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及冷变形等。
1-3. 镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的
镍是X良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24％；而只有含镍27％时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以镍不能单X构成不锈钢。但是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。
基于上面的情况可知，镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组织发生变化，从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。
1-4. 锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍
铬镍奥氏体钢的X点虽然很多，但近几十年来由于镍基耐热合金与含镍20％以下的热强钢的大量发展与应用，以及化学工业日益发展对不锈钢的需要量越来越大，而镍的矿藏量较少且又集中分布在少数地区，因此在世界范围内出现了镍在供和需方面的矛盾。所以在不锈钢与许多其他合金X域（如大型铸锻件用钢、工具钢、热强钢等）中，特别是镍 的资源比较缺乏的X，广泛地开展了节镍和以其他元素代镍的科学研究与生产实践，在这方面研究和应用比较多的是以锰和氮来代替不锈钢与耐热钢中的镍。
锰对于奥氏体的作用与镍相似。但说得确切一些，锰的作用不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，如钢中的含锰量从0到10．4%变化，也不使钢在空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变。这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大，形成的氧化膜的防护作用也很低，所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等），但它们不能作为不锈钢使用。 锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一，即2％的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体，并且作用的程度比镍还要大。例如，欲使含18％铬的钢在常温下获得奥氏体组织，以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，目前已在工业中获得应用，有的已成功地代替了经典的18-8铬镍不锈钢。
1-5.不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀。
1-6.钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能。
1-7.其他元素对不锈钢的性能和组织的影响
以上主要的九种元素对不锈钢的性能和组织的影响，除这些元素对不锈钢性能与组织影响较大的元素以外，不锈钢中还含有一些其他的元素。有的是和一般钢一样为常存杂质元素，如硅、硫、磷等．也有的是为了某些特定的目的而加入的，如钴、硼、硒、稀土元素等。从不锈钢的耐腐蚀性能这一主要性质来说，这些元素相对于已讨论的九种元素，都是非主要方面的，虽然如此，但也不能完全忽略，因为它们对不锈钢的性能与组织同样也发生影响。
硅 是形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素。
钴 作为合金元素在钢中应用不多，这是因为钴的价格高及其在其它方面（如高速钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁钢或硬磁合金等）有着更重要的用途。在一般不锈钢中加钴作合金元素的也不多，常用不锈钢如9Crl7MoVCo钢（含1.2-1.8％钴）加钴，目的并不在于提高耐腐蚀性能而在于提高硬度，因为这种不锈钢的主要用途是制造切片机械刃具、剪刀及手术刀片等。
硼 高铬铁素体不锈钢Crl7Mo2Ti钢中加0．005％硼，可使在沸腾的65％醋酸中的耐腐蚀性能提高。加微量的硼（0.0006～0.0007％）可使奥氏体不锈钢的热态塑性改善。少量的硼由于形成低熔点共晶体，使奥氏体钢焊接时产生热裂纹的倾向增大，但含有较多的硼（0．5～0．6％）时，反而可防止热裂纹的产生。因为当含有0．5～0．6％的硼时，形成奥氏体－硼化物两相组织，使焊缝的熔点降低。熔池的凝固温度低于半溶化区时，母材在冷却时产生的张应力，由处于液态．固态的焊缝金属承受，此时是不致引起裂缝的，即使在近缝区形成了裂纹，也可以为处于液态－固态的熔池金属所填充。含硼的铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有着特殊的用途。
磷 在一般不锈钢中都是杂质元素，但其在奥氏体不锈钢中的危害性不像在一般钢中那样显著，故含量可允许高一些，如有的资料提出可达0．06％，以利于冶炼控制。个别的含锰的奥氏体钢的含磷量可达0．06％（如2Crl3NiMn9钢）以至0.08％（如Cr14Mnl4Ni钢）。利用磷对钢的强化作用，也有加磷作为时效硬化不锈钢的合金元素，PH17－10P钢(含0．25％磷)乃PH－HNM钢（含0．30磷）等。
硫和硒 在一般不锈钢中也是常有杂质元素。但向不锈钢中加0．2～0．4％的硫，可提高不锈钢的切削性能，硒也具有同样的作用。硫和硒提高不锈钢的切削性能，是因为它们降低不锈钢的韧性，例如一般18－8铬镍不锈钢的冲击值可达30公斤/厘米2。含0．31％硫的18－8钢（0．084％C、18．15％Cr、9．25％Ni）的冲击值为1．8公斤/平方厘米；含0。22％硒的18－8钢（0．094％C、18．4％Cr、9％Ni）的冲击值为3．24公斤/平方厘米。硫与硒均降低不锈钢的耐腐蚀性能，所以实际应用它们作为不锈钢的合金化元素的很少。
稀土元素 稀土元素应用于不锈钢，目前主要在于改善工艺性能方面。如向Crl7Ti钢和Cr17Mo2Ti钢中加少量的稀土元素，可以消除钢锭中因氢气引起的气泡和减少钢坯中的裂纹。奥氏体和奥氏体－铁素体不锈钢中加0．02～0．5％的稀土元素（铈镧合金），可显著改善锻造性能。曾有一种含19．5%铬、23％镍以及钼铜锰的奥氏体钢，由于热加工工艺性能在过去只能生产铸件，加稀土元素后则可轧制成各种型材。
2．按金相组织对不锈钢的分类及各类不锈钢的一般特点
按化学成分（主要是含铬量）及用途，不锈钢分为不锈与耐酸两大类。工业上还按自高温（900-1100度）加热空气冷却后钢的基体组织的类型对不锈钢进行分类，这是基于我们上面所讨论的碳及合金元素对不锈钢组织影响的特点决定的。
工业上应用的不锈钢按金相组织可分为三大类：铁素体不锈钢，马氏体不锈钢，奥氏体不锈钢。可以把这三类不锈钢的特点归纳(如下表)，但需要说明的是马氏体不锈钢并不是都不可焊接，只是受某些条件的限制，如焊前应预热焊后应作高温回火等，而使焊接工艺比较复杂。实际生产中一些马氏体不锈钢如1Cr13,2Cr13以及2Cr13与45钢焊接还是比较多的。
