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不鏽鋼的知識

不鏽鋼的知識
轉載自:http://www.jakansonic.com/_d268693223.htm
一、316和316L不鏽鋼
316和317不鏽鋼(317不鏽鋼的性能見後)是含钼不鏽鋼種。317不鏽鋼中的钼含量略高明于316不鏽鋼。由于鋼中钼,該鋼種總的性能優于310和304不鏽鋼。高溫條件下,當硫酸的濃度低于15%和高于85%時,316不鏽鋼具有廣泛的用途。316不鏽鋼還具有良好的而氯化物侵蝕的性能,所以通常用于海洋環境。
316L不鏽鋼的*大碳含量0.03,可用于焊接後不能進行退火和需要*大耐腐蝕性的用途中。
——耐腐蝕性
耐腐蝕性能優于304不鏽鋼,在漿和造紙的生産過程中具有良好的耐腐蝕的性能。而且316不鏽鋼還耐海洋和侵蝕性工業大氣的侵蝕。
——耐熱性
在1600 度以下的間斷使用和在1700度以下的連續使用中,316不鏽鋼具有好的耐氧化性能。在800-1575度的範圍内,*好不要連續作用316不鏽鋼,但在該溫度範圍以外連續使用316不鏽鋼時,該不鏽鋼具有良好的耐熱性。316L不鏽鋼的耐碳化物析出的性能比316不鏽鋼更好,可用上述溫度範圍。
——熱處理
在1850-2050度的溫度範圍内進行退火,然後迅速退火,然後迅速冷卻。316不鏽鋼不能過熱處理進行硬化。
——焊接
316不鏽鋼具有良好的焊接性能。可采用所有标準的焊接方法進行焊接。焊接時可根據用途,分别采用316Cb、316L或309Cb不鏽鋼填料棒或焊條進行焊接。為獲得*佳的耐腐蝕性能,316不鏽鋼鋼的焊接斷面需要進行焊後退火處理。如果使用316L不鏽鋼,不需要進行焊後退火處理。
——典型用途
紙漿和造紙用設備熱交換器、染色設備、膠片沖洗設備、管道、沿海區域建築物外部用材料。
二、不鏽鋼熱軋鋼闆
不鏽鋼熱軋鋼闆是用熱軋工藝生産的不鏽鋼鋼闆。厚度不大于3mm的為薄闆,厚度大于3mm的為厚闆。用于化工、石油、機械、船舶等行業制造耐蝕零件、容器和設備。
其分類和牌号如下:
1.奧氏體型鋼 (1)1Cr17Mn6Ni15N;(2)1Cr18Mn8Ni5N;(3)1Cr18Ni9;(4) 1Cr18Ni9Si3;(5)0Cr18Ni9;(6)00Cr19Ni10;(7)0Cr19Ni9N;(8)0Cr19Ni10NbN;(9) 00Cr18Ni10N;(10)1Cr18Ni12;(11) 0Cr23Ni13;(12)0Cr25Ni20;(13)  0Cr17Ni12Mo2;(14) 00Cr17Ni14Mo2;(15) 0Cr17Ni12Mo2N;(16) 00Cr17Ni13Mo2N; (17) 1Cr18Ni12Mo2Ti;(18) 0Cr18Ni12Mo2Ti;(19) 1Cr18Ni12Mo3Ti;(20)  0Cr18Ni12Mo3Ti;(21) 0Cr18Ni12Mo2Cu2;(22) 00Cr18Ni14Mo2Cu2;(23)  0Cr19Ni13Mo3;(24) 00Cr19Ni13Mo3;(25) 0Cr18Ni16Mo5;(26) 1Cr18Ni9Ti;(27)  0Cr18Ni10Ti;(28) 0Cr18Ni11Nb;(29) 0Cr18Ni13Si4;
2.奧氏體——鐵素體型鋼 (30) 0Cr26Ni5Mo2;(31)00Cr18Ni5Mo3Si2;
3.鐵素體型鋼 (32)0Cr13Al;(33) 00Cr12;(34) 1Cr15;(35)1Cr17;(36)1Cr17Mo;(37)00Cr17Mo; (38)00Cr18Mo2;(39)00Cr30Mo2; (40)00Cr27Mo
4.馬氏體型鋼 (41)1Cr12;(42)0Cr13;(43);1Cr13;(44)2Cr13;(45)3Cr13;(46)4Cr13;(47)3Cr16;(48)7Cr17
5.沉澱硬化型鋼 (49)0Cr17Ni7Al
三、不鏽鋼冷軋鋼闆
不鏽鋼冷軋鋼闆是用冷軋工藝生産的不鏽鋼鋼闆,厚度不大于3mm的為薄闆,厚度大于3mm的為厚闆。用于制作耐腐蝕部件,石油、化工的管道、容器、醫療器械、船舶設備等,其分類和牌号如下:
1.奧氏體型鋼 除與熱軋部分相同外(29種),還有:(1)2Cr13Mn9Ni4(2)1Cr17Ni7(3) 1Cr17Ni8
2.奧氏體——鐵素體型鋼 除與熱軋部分相同外(2種),還有:(1)1Cr18Ni11Si4AlTi(2) 1Cr21Ni5Ti
3.鐵素體型鋼 除與熱軋部分相同外(9種),還有:00Cr17
4.馬氏體型鋼 除與熱軋部分相同外(8種),還有1Cr17Ni2 5.沉澱硬化型鋼:同熱軋部分。
四、鐵素體、奧氏體、馬氏體簡介
大家知道固态金屬及合金都是晶體,即在其内部原子是按一定規律排列的,排列的方式一般有三種即:體心立方晶格結構、面心立方晶格結構和密排六方晶格結構。金屬是由多晶體組成的,它的多晶體結構是在金屬結晶過程中形成的。組成鐵碳合金的鐵具有兩種晶格結構:910℃以下為具有體心立方晶格結構的α—鐵,910℃以上為具有面心立方晶格結構的Υ—鐵。如果碳原子擠到鐵的晶格中去,而又不破壞鐵所具有的晶格結構,這樣的物質稱為固溶體。碳溶解到α—鐵中形成的固溶體稱鐵素體,它的溶碳能力極低,*大溶解度不超過0.02%。而碳溶解到Υ—鐵中形成的固溶體則稱奧氏體,它的溶碳能力較高,*高可達2%。奧氏體是鐵碳合金的高溫相。鋼在高溫時所形成的奧氏體,過冷到727℃以下時變成不穩定的過冷奧氏體。如以極大的冷卻速度過冷到230℃以下,這時奧氏體中的碳原子已無擴散的可能,奧氏體将直接轉變成一種含碳過飽和的α固溶體,稱為馬氏體。由于含碳量過飽和,引起馬氏體強度和硬度提高、塑性降低,脆性增大。 不鏽鋼的耐蝕性主要來源于鉻。實驗證明,隻有含鉻量超過12%時鋼的耐蝕性能才會大大提高,因此,不鏽鋼中的含鉻量一般均不低于12%。由于含鉻量的提高,對鋼的組織也有很大影響,當鉻含量高而碳含量很少時,鉻會使鐵碳平衡,圖上的Υ相區縮小,甚至消失,這種不鏽鋼為鐵素體組織結構,加熱時不發生相變,稱為鐵素體型不鏽鋼。當含鉻量較低(但高于12%),碳含量較高,合金在從高溫冷卻時,極易形成馬氏體,故稱這類鋼為馬氏體型不鏽鋼。鎳可以擴展Υ相區,使鋼材具有奧氏體組織。如果鎳含量足夠多,使鋼在室溫下也具有奧氏體組織結構,則稱這種鋼為奧氏體型不鏽鋼。
五、不鏽鋼在各領域的應用
1.1960年——1999年約40年間,西方國家的不鏽鋼産量從215萬噸猛增到1728萬噸,增加了約8倍,平均年增長率約為5.5%。不鏽鋼主要用于廚房、家電、運輸、建築、土木各領域。在廚房器具方面主要有水洗槽和電氣、煤氣熱水器,家電産品主要有全自動洗衣機的滾筒。從節能和再循環等環保的觀點看,不鏽鋼的需求有望進一步擴大。 在運輸領域主要有鐵道車輛和汽車的排氣系統,用于排氣系統的不鏽鋼在每輛車中約為20-30kg,全世界的年需求約100萬噸,這是不鏽鋼*大的應用領域。 在建築領域,*近的需求急劇增長,如:新加坡地鐵車站的防護裝置,使用了約5000噸的不鏽鋼外裝飾材。再如日本1980年以後,用于建築業的不鏽鋼增長了約4倍,主要用作屋頂、大樓内外裝飾和結構材。80年代,在日本沿海地區使用304型無塗漆材作為屋頂材料,從防鏽考慮,逐步轉變為使用塗漆不鏽鋼。進入90年代,開發了具有高耐蝕性的20%以上高Cr鐵素體系不鏽鋼,被用作屋頂材料,同時為了美觀性,開發了各種表面精加工技術。 在土木領域,日本的水壩吸水塔使用不鏽鋼。歐美的寒冷地區,為防止高速公路和橋梁的凍結需撒鹽,這就加速了鋼筋的腐蝕,所以使用不鏽鋼鋼筋。在北美的道路中,近3年間約有40處采用了不鏽鋼鋼筋,每處的使用量為200-1000噸,今後不鏽鋼在該領域的市場将有所作為。
2.今後擴大不鏽鋼應用的關鍵是環保、長壽命和IT的普及。 關于環保方面,首先從大氣環保的觀點看,用于抑制二惡英發生的高溫垃圾焚燒裝置、LNG發電裝置和使用煤的高效發電裝置的耐熱、耐高溫腐蝕不鏽鋼的需求将擴大。還有估計在21世紀初将投入實際應用的燃料電池汽車的電池殼也将使用不鏽鋼。從水質環保的觀點看,在給水、排水處理裝置中,具有優異耐蝕性的不鏽鋼也将擴大需求。 關于長壽命,在歐洲已有的橋梁、高速公路、隧道等設施中,不鏽鋼的應用在增加,預計這種潮流将遍及全世界。還有日本一般住宅建築的壽命特别短為20-30年,廢材處理成為一大問題。*近以壽命達到100年為目标的建築物開始出現,這樣具有優異耐久性的材料需求将增長。從地球環保的觀點看,長壽命在減少土木、建築廢材的同時,有必要從引入新概念的設計階段探讨如何降低維修成本。關于IT的普及,在IT的發展和普及過程中,功能材料在設備硬件方面起很大的作用,對高精密度、高功能材料的要求非常大。如:在手機和微機部件中,靈活應用了不鏽鋼的高強度、彈性和非磁性等特性,使得不鏽鋼的應用擴大。還有在半導體和各種基闆的制造設備中,具有良好清潔度和耐久性的不鏽鋼發揮了重要作用。不鏽鋼具有多種其它金屬沒有的優異性能,是一種具有優異耐久性和再循環性的材料,今後對應時代的變化,不鏽鋼将廣泛應用于各種領域。
六、不鏽鋼的切削加工特點:
——不鏽鋼的切削加工
随着航空、航天、石油、化工、冶金和食品等工業的蓬勃發展,不鏽鋼材料已得到廣泛應用,而不鏽鋼材料由于韌性大、熱強度高、導熱系數低、切削時塑性變形大、加工硬化嚴重、切削熱多、散熱困難等原因,造成刀尖處切削溫度高、切屑粘附刃口嚴重、容易産生積屑瘤,既加劇了刀具的磨損,又影響加工表面粗糙度。此外,由于切屑不易卷曲和折斷,也會損傷已加工表面,影響工件的質量。為提高加工效率和工件質量,正确選擇刀具材料、車刀幾何參數和切削用量至關重要。
——刀具材料的選擇
正确選用刀具材料是保證高效率加工不鏽鋼的決定因素。根據不鏽鋼的切削特點,刀具材料應具備足夠的強度、韌性、高硬度和高耐磨性且與不鏽鋼的粘附性要小。
常用的刀具材料有硬質合金和高速鋼兩大類,形狀複雜的刀具主要采用高速鋼材料。由于高速鋼切削不鏽鋼時的切削速度不能太高,因此影響生産效率的提高。對于較簡單的車刀類刀具,刀具材料應選用強度高、導熱性好的硬質合金,因其硬度、耐磨性等性能優于高速鋼。常用的硬質合金材料有:鎢钴類(YG3、YG6、 YG8、YG3X、YG6X),鎢钴钛類(YT30、YT15、YT14、YT5),通用類(YW1、YW2)。YG類硬質合金的韌性和導熱性較好,不易與切屑粘結,因此适用于不鏽鋼粗車加工;而YW類硬質合金的硬度、耐磨性、耐熱性和抗氧化性能以及韌性都較好,适合于不鏽鋼的精車加工。加工 1Cr18Ni9Ti奧氏體不鏽鋼時,不宜選用YT類硬質合金,由于不鏽鋼中的Ti和YT類硬質合金中的Ti産生親合作用,切屑容易把合金中的Ti帶走,促使刀具磨損加劇。
——刀具幾何角度的選擇
刀具切削部分的幾何角度,對于不鏽鋼切削加工的生産率、刀具耐用度、被加工表面粗糙度、切削力以及加工硬化等方面都有很大的影響,合理選擇和改進刀具幾何參數是保證加工質量、提高效率、降低成本的有效途徑。
  1. 車刀前角γ0的選擇:
前角的大小決定刀刃的鋒利與強度。增大前角可以減小切屑的變形,從而減小切削力和切削功率,降低切削溫度,提高刀具耐用度。但是增大前角會使楔角減小,降低刀刃強度,造成崩刃,使刀具耐用度下降。車削不鏽鋼時,在不降低刀具強度的條件下,應把前角适當取大一些。在刀具前角大時其塑性變形小,切削力和切削熱降低,減輕加工硬化趨勢,提高刀具耐用度,一般刀具前角宜取12°~20°。
  2. 車刀後角α0的選擇
在切削過程中,後角可以減小後刀面與切削表面的摩擦。若後角過大,則楔角減小,使散熱條件惡化,刀具刃口強度下降,降低刀具耐用度;若後角過小,摩擦嚴重,則會使刃口變鈍,增大切削力,增高切削溫度,加劇刀具磨損。在一般情況下,後角變化不大,但必須有一個合理的數值,以利于提高刀具的耐用度。車削不鏽鋼時,由于不鏽鋼的彈性和塑性都比普通碳素鋼大,所以刀具後角過小會使切斷表面與車刀後角的接觸面積增大,摩擦産生的高溫區集中于車刀後角,加快車刀磨損,降低被加工表面光潔度,所以車削不鏽鋼時的車刀後角要比車削普通碳鋼時稍大一些,但後角過大又會降低刀刃強度,直接影響車刀的耐用度,因此,一般情況下車刀後角宜取6°~10°。
  3. 車刀主偏角Kr的選擇
當切削深度ap 和進給量f不變時,減小主偏角Kr可使散熱條件得到改善,減少刀具損壞,使刀具切入、切出平穩。但主偏角減小又會使徑向力增大,在切削時容易引起振動。車削不鏽鋼的硬化傾向性強,易産生振動,振動又會使加工硬化嚴重。因此,主偏角一般宜取45°~90°。具體角度應根據機床、零件、刀具系統的剛性和切削用量來選擇。
  4. 車刀刃傾角λs的選擇
刃傾角可控制切屑流向,當刃傾角λs為負值時,切屑流向已加工表面;當刃傾角λs為正值時,切屑流向待加工表面。為了使切屑不劃傷已加工表面,在精加工時,刃傾角λs值為正值。當λs為正值時,刀尖強度低并首先接觸工件,易損壞;當λs為負值時,刀尖強度高,耐沖擊,可避免崩壞刀尖,切入、切出平穩,車削不鏽鋼時,一般刀具刃傾角宜取0°~20°。
——切削用量的選擇
切削用量的大小對生産效率和加工質量有很大影響,因此在确定了刀具的幾何參數以後,還要選定合理的切削用量。在選擇切削用量時,應注意考慮以下因素:一是要根據不鏽鋼及各類毛坯的硬度等來選擇切削用量;二是要根據刀具材料、焊接質量和車刀的刃磨條件來選擇切削用量;三是要根據零件直徑、加工餘量和車床精度等來選擇切削用量。同時為了抑制積屑瘤和鱗刺的産生,提高表面質量,在采用硬質合金刀具進行加工時,切削用量應比車削一般碳鋼類工件稍低些,特别是切削速度不宜過高(vc=50~80m/min);切削深度ap不宜過小,以避免切削刃和刀尖劃過硬化層,ap=0.4~4mm;因此進給量f對刀具耐用度影響不如切削速度大,但會影響斷屑和排屑,拉傷、擦傷工件表面,影響加工的表面質量,進給量一般取f=0.1~0.5mm/r。
不鏽鋼尤其是奧氏體型不鏽鋼的塑性較好,在切削加工時,産生的切屑難以折斷,加大了切屑與刀具前刀面之間的摩擦力,增大了切削力。同時,因加工硬化會增大被切削材料的硬度和強度,也導緻切削力增大。為此,在合理選擇刀具材料、刀具的幾何角度和切削用量的基礎上,對不鏽鋼和45鋼做了切削力對比試驗。試驗結果表明,在相同切削用量的情況下,加工不鏽鋼時切削力比加工45鋼時隻增加了8.5%。
合理選擇刀具材料、刀具幾何角度和切削用量,對于提高不鏽鋼切削加工的生産效率和加工工件質量是完全能夠實現的。
——不鏽鋼的切削特點
不鏽鋼的切削加工性比中碳鋼差得多。以普通45号鋼的切削加工性作為100%,奧氏體不鏽鋼1Cr18Ni9Ti的相對切削加工性為40%;鐵素體不鏽鋼 1Cr28為48%;馬氏體不鏽鋼2Cr13為55%。其中,以奧氏體和奧氏體+鐵素體不鏽鋼的切削加工性*差。不鏽鋼在切削過程中有如下幾方面特點:
(1)加工硬化嚴重:在不鏽鋼中,以奧氏體和奧氏體+鐵素體不鏽鋼的加工硬化現象*為突出。如奧氏體不鏽鋼硬化後的強度σb達1470~1960 MPa,而且随σb的提高,屈服極限σs升高;退火狀态的奧氏體不鏽鋼σs不超過的σb30%~45%,而加工硬化後達85%~95%。加工硬化層的深度可達切削深度的1/3或更大;硬化層的硬度比原來的提高1.4~2.2倍。因為不鏽鋼的塑性大,塑性變形時品格歪扭,強化系數很大;且奧氏體不夠穩定,在切削應力的作用下,部分奧氏體會轉變為馬氏體;再加上化合物雜質在切削熱的作用下,易于分解呈彌散分布,使切削加工時産生硬化層。前一次進給或前一道工序所産生的加工硬化現象嚴重影響後續工序的順利進行。
(2)切削力大:不鏽鋼在切削過程中塑性變形大,尤其是奧氏體不鏽鋼(其伸長率超過45号鋼的1.5倍以上),使切削力增加。同時,不鏽鋼的加工硬化嚴重,熱強度高,進一步增大了切削抗力,切屑的卷曲折斷也比較困難。因此加工不鏽鋼的切削力大,如車削1Cr18Ni9Ti的單位切削力為2450 MPa,比45号鋼高25%。
(3)切削溫度高:切削時塑性變形及與刀具間的摩擦都很大,産生的切削熱多;加上不鏽鋼的導熱系數約為45号鋼的1/2~1/4,大量切削熱都集中在切削區和刀-屑接觸的界面上,散熱條件差。在相同的條件下,1Cr18Ni9Ti的切削溫度比45号鋼高200℃左右。
(4)切屑不易折斷、易粘結:不鏽鋼的塑性、韌性都很大,車加工時切屑連綿不斷,不僅影響操作的順利進行,切屑還會擠傷已加工表面。在高溫、高壓下,不鏽鋼與其他金屬的親和性強,易産生粘附現象,并形成積屑瘤,既加劇刀具磨損,又會出現撕扯現象而使已加工表面惡化。含碳量較低的馬氏體不鏽鋼的這一特點更為明顯。
(5)刀具易磨損:切削不鏽鋼過程中的親和作用,使刀-屑間産生粘結、擴散,從而使刀具産生粘結磨損、擴散磨損,緻使刀具前刀面産生月牙窪,切削刃還會形成微小的剝落和缺口;加上不鏽鋼中的碳化物(如TiC)微粒硬度很高,切削時直接與刀具接觸、摩擦,擦傷刀具,還有加工硬化現象,均會使刀具磨損加劇。
(6)線膨脹系數大:不鏽鋼的線膨脹系數約為碳素鋼的1.5倍,在切削溫度作用下,工件容易産生熱變形,尺寸精度較難控制。
 

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