奥氏体不锈钢:性能、应用和牌号
奥氏体不锈钢是不锈钢最广泛使用的变种。它们含有非常低水平的碳和大量的镍和铬，这是其成形性，耐腐蚀性和耐磨性的主要贡献者。它们在退火状态下也是无磁性的，但在冷加工时可能会有轻微的磁性。
奥氏体不锈钢在AISI/SAE等级系统中被归类为200和300系列，其中含有2%至20%的镍和16%至30%的铬。
300系列奥氏体不锈钢是铬镍合金，至少含有8%的镍，这是将18%铬不锈钢中的所有铁素体转化为奥氏体所需的最低量。
200系列是在20世纪40年代作为300系列的经济替代品而开发的。它是在镍非常昂贵和稀缺的时候，除了使用少量的镍外，还使用氮气开发出来的。
304不锈钢是最常见和应用最广泛的镍基奥氏体不锈钢。304级通常由约8%的镍和18%的铬组成。
316不锈钢是另一种常用的等级，有额外的2%的钼，导致更高的耐腐蚀性。
在这篇文章中，你将了解到:
- 奥氏体不锈钢的性能
- 奥氏体不锈钢的生产加工
- 奥氏体不锈钢的应用
- 奥氏体不锈钢的等级和标准
- 奥氏体不锈钢的发展趋势
奥氏体不锈钢的性能
奥氏体不锈钢的特点是其面心立方(FCC)晶体结构，当向铁和铬合金中添加足够数量的镍、锰、碳和氮等奥氏体化元素时，就可以获得这种晶体结构。
奥氏体不锈钢可以生产得非常柔软，屈服强度约为200兆帕，它们可以通过冷加工来加强，这可以将屈服强度提高到十倍。与铁素体合金不同，它们可以在低温下保持延展性，在高温下保持强度。它们的耐腐蚀性可以从日常使用到高度特定的用途，如在沸腾的海水中使用。尽管奥氏体钢在不锈钢中具有优势，但与铁素体合金相比，奥氏体钢的抗循环氧化性能较差，而且还容易受到应力腐蚀开裂的影响。奥氏体钢的耐久极限(约为其抗拉强度的30%)低于铁素体钢(约为其抗拉强度的50 - 60%)，这意味着奥氏体钢更容易出现疲劳失效[1]。
此外，添加了镍的奥氏体不锈钢适用于低温或低温应用。还可以添加硅、铝和铌等其他元素，以使钢具有某些性能，如抗卤化物点蚀或抗氧化。可在某些钢种中添加硫或硒以提高其切削性能[2]。
下表列出了几种常见牌号奥氏体不锈钢(退火状态下)的选定性能。
表1。所选奥氏体钢牌号的性能
作文 |
铁67.5 - 75% |
铁62.6 - 68.1% |
铁70.7 - 78% |
铁66.4 - 74.9% |
铁64.8 - 74.5% |
铁62 - 72% |
铬16 - 18% |
铬16.5 - 18.5% |
铬16 - 18% |
铬17 - 19% |
铬17.5 - 20% |
铬16 - 18.5% |
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锰含量5.5 - 7.5% |
Mn 14 - 15.5% |
镍6 - 8% |
镍8 - 10% |
镍8 - 12% |
镍10 - 14% |
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镍3.5 - 5.5% |
镍1 - 1.7% |
S 0 - 0.03% |
S 0.15 - 0.35% |
S 0 - 0.03% |
钼2 - 3% |
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S 0 - 0.03% |
N 0.32 - 0.4% |
Si 0 - 1% |
Si 0 - 1% |
Si 0 - 1% |
C 0 - 0.08% |
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200gpa在20°C |
在20°C温度下的220 GPa |
在20°C温度下的220 GPa |
200gpa在20°C |
200gpa在20°C |
200gpa在20°C |
|
温度为20°C，压力为310 MPa |
温度为20°C，压力为460 MPa |
250 MPa, 20°C |
温度为20°C，压力为240 MPa |
温度为20°C，压力为200 MPa |
温度为20°C，压力为240 MPa |
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在20°C时46% |
在20°C时46% |
52%在20°C |
52%在20°C |
在20°C时为42% |
在20°C时为42% |
|
温度为20℃，压力为660 MPa |
在20°C下810 MPa |
在20°C下，温度为630 MPa |
温度为20°C，压力为600 MPa |
温度为20°C，压力为550 MPa |
温度为20°C，压力为580 MPa |
|
1.45E+7 S/m在20°C |
- |
- |
1.39E+7 S/m在20°C |
7.54E+7 S/m在20°C |
7.54E+7 S/m在20°C |
|
1.3E-5 1/K在20°C |
1.4E-5 1/K在20°C |
1.2E-5 1/K在20°C |
1.7E-5 1/K在20°C |
1.7E-5 1/K在20°C |
1.6E-5 1/K在20°C |
|
15 W/(m·K)在20°C |
11 - 21 W/(m·K)在20°C |
11 - 21 W/(m·K)在20°C |
16 W/(m·K)在20°C |
16 W/(m·K)在20°C |
15 W/(m·K)在20°C |
|
熔点 |
1375 - 1450°c |
1375 - 1450°c |
1375 - 1450°c |
1400°C |
1400°C |
1380°C |
500 J/(kg·K)在20°C |
460 J/(kg·K)在20°C |
450 J/(kg·K)在20°C |
500 J/(kg·K)在20°C |
500 J/(kg·K)在20°C |
490 J/(kg·K)在20°C |
奥氏体不锈钢的生产加工
奥氏体不锈钢的生产过程与生产其他类型不锈钢的过程大致相同。主要的区别在于熔体中混合金属的比例和用于在钢中实现奥氏体的热处理。奥氏体不锈钢的制造工艺可概述如下。
- 原料(铁、铬、镍等)按照所需类型的奥氏体不锈钢所需的特定比例在电炉中熔化。熔体温度通常可达1400°C - 1500°C，并在该温度下保持长达12小时。
- 熔化和混合完成后，根据所需的成品，将钢水浇铸成如坯、坯、板、棒等形式。
- 然后进行热轧成型操作，将钢加热到1100°C(高于其再结晶温度)，使其柔软柔韧，并通过滚轮，将其呈现为钢筋，薄板，电线或板。
- 下一步是热处理或退火。这是一个精确加热和冷却的过程，以减轻金属内部的应力，并保留具有所需性能的特定微结构。钢被加热到的温度、保持在该温度的时间以及冷却的速度和方式对钢的性能都至关重要。
- 退火后，其他后期生产工艺，如除垢，切割和精加工现在可以进行。为了消除热处理过程中在不锈钢表面堆积的水垢，需要进行除垢，可以用氢氟酸酸洗或电清洗。
奥氏体不锈钢不能通过热处理硬化(尽管可以通过在钢中添加钛和铜等元素来缓解这一问题，以使其更适用于高温)。相反，奥氏体不锈钢通常通过加工硬化硬化。这是通过塑性变形对金属的强化。
奥氏体不锈钢的应用
除了耐腐蚀是奥氏体不锈钢的突出性能之一外，机械、热和电学性能也很重要。对钢的要求的性质，无论是以最大载荷、刚度、应变、屈服应力等形式，都必须仔细和彻底地研究。
钢的微观结构分析必须理解它的具体应用。在低周疲劳条件下的断裂机制、成核、微观和宏观裂纹扩展的知识是至关重要的，特别是对于高风险系统，如核应用程序[3]。
由于奥氏体不锈钢的高度可定制性，它已用于广泛的应用，从医疗行业到汽车行业．下面是几种常见的奥氏体钢牌号及其对应的典型应用。
表2。奥氏体不锈钢[4]的典型应用。
奥氏体不锈钢 |
应用程序 |
腐蚀性液体储罐、储存容器和管道 采矿、化工、低温和制药设备 厨房设备和餐具 体系结构 |
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309(高铬镍牌号) |
炉、窑、催化转化器组件 |
310(高铬镍牌号) |
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316升(含钼量高的牌号) |
化学储罐、压力容器和管道 |
318(钼含量高的牌号) |
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316年德州仪器(稳定的成绩) |
道上 过热器 补偿器 膨胀波纹管 |
321(稳定的成绩) |
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200系列(低镍牌号) |
洗碗机和洗衣机 餐具和炊具 室内水箱 室内和非结构建筑 餐饮设备 |
奥氏体不锈钢的等级和标准
下图显示了不同等级的奥氏体不锈钢。
图1所示。奥氏体不锈钢等级为[1]。
奥氏体不锈钢的发展趋势
高温奥氏体不锈钢的需求不断增长，预计到2025年，市场规模将以相当大的速度增长。其综合性能使其特别适用于汽车、石油、化工、航空航天和能源等领域的广泛应用。
这一增长的主要部分预计将来自汽车行业，其中奥氏体不锈钢的使用越来越多，以满足可制造性、重量和坚固性的要求。通常，奥氏体钢用于汽车工业制造框架，承重地板板，加固，车身面板，油箱，车轮，悬挂臂，齿轮轴和传动轴。预计这一趋势将持续到2025年。使用和制造的激增电动汽车在努力减少碳基排放也有助于增加奥氏体不锈钢[6]的需求。
亚洲是奥氏体不锈钢的主要消费国，中国、韩国和印度等国是主要消费国。由于北美航空和汽车工业的增长，预计其奥氏体不锈钢市场将会增加。
来源
[1]M. F. McGuire，“奥氏体不锈钢”，在设计工程师用不锈钢《ASM国际》，2008，第69-78页。(在线)。可用:https://www.asminternational.org/documents/10192/3473958/05231G_Sample.pdf/7c5e4830-b443-4c71-a8c8-1a85c5b39dc5[2020年5月27日访问]。
[２]乔杜里。”“不锈钢热处理”国家冶金实验室贾姆谢普尔。1994年5月11日至13日(在线)。可用:http://eprints.nmlindia.org/5764/1/H1-H12.PDF[2020年5月9日访问]。
[3] Z. Brytan, W. Borek和T. tazynski。导论章:为什么奥氏体不锈钢一直为科学所关注。2017年12月20日(在线)。可用:https://www.intechopen.com/books/austenitic-stainless-steels-new-aspects/introductory-chapter-why-austenitic-stainless-steels-are-continuously-interesting-for-science-[2020年5月9日访问]。
B.特伦斯。《奥氏体不锈钢的特性》ThoughtCo, 2020年3月10日，(在线)。可用:thoughtco.com/metal -配置-奥氏体不锈钢2340126．[2020年5月9日访问]。
[5] A. More，“高温奥氏体不锈钢市场2020年全球行业规模，份额，业务增长，收入，趋势，全球市场需求渗透和2025年预测”KAKE新闻2020年4月9日。(在线)。可用:https://www.kake.com/story/41990208/high-temperature-austenitic-stainless-steel-market-2020-global-industry-size-share-business-growth-revenue-trends-global-market-demand-penetration．[2020年5月27日访问]。
[6] A. More，“2019 - 2027年奥氏体不锈钢市场-全球行业分析，规模，份额，增长，趋势和预测，”透明度市场研究, 2020年。(在线)。可用:https://www.transparencymarketresearch.com/austenitic-stainless-steel-market.html[2020年5月27日访问]