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文章詳情
304不鏽鋼力學性能機械性能
日期：2024-09-21 15:24
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摘要：
304不鏽鋼力學性能機械性能，詳情參考www.culinaryq.com
不鏽鋼的強度是由各種因素不確定，但*重要的和*基本的因素是其中添加的不同化學因素，主要是金屬元素。不同類型的不鏽鋼由於其化學成分的差異，就有不同的強度特性。
（1）馬氏體型不鏽鋼
馬氏體型不鏽鋼與普通合金鋼一樣具有通過淬火實現硬化的特性，因此可通過選擇牌號及熱處理條件來得到較大範圍的不同的力學性能。
馬氏體型不鏽鋼從大的方麵來區分，屬於鐵-鉻-碳係不鏽鋼。進而可分為馬氏體鉻係不鏽鋼和馬氏體鉻鎳係不鏽鋼。在馬氏體鉻係不鏽鋼中添加鉻、碳和鉬等元素時強度的變化趨勢和在馬氏體鉻係不鏽鋼中添加鎳的強度特性如下所述。
馬氏體鉻係不鏽鋼在淬火-回火條件下，增加鉻的含量可使鐵素體含量增加，因而會降低硬度和抗拉強度。低碳馬氏體鉻不鏽鋼在退火條件下，當鉻含量增加時硬度有所提高，而延伸率略有下降。在鉻含量一定的條件下，碳含量的增加使鋼在淬火後的硬度也隨之增加，而塑性降低。添加鉬的主要目的是提高鋼的強度、硬度及二次硬化效果。在進行低溫淬火後，鉬的添加效果十分明顯。含量通常少於1%。
在馬氏體鉻鎳係不鏽鋼中，含一定量的鎳可降低鋼中的δ鐵素體含量，使鋼得到*大硬度值。
馬氏體型不鏽鋼的化學成分特征是，在0.1%-1.0%C，12%-27%Cr的不同成分組合基礎上添加鉬、鎢、釩、和铌等元素。由於組織結構為體心立方結構，因而在高溫下強度急劇下降。而在600℃以下，高溫強度在各類不鏽鋼中*高，蠕變強度也*高。
（1）馬氏體型不鏽鋼
馬氏體型不鏽鋼與普通合金鋼一樣具有通過淬火實現硬化的特性，因此可通過選擇牌號及熱處理條件來得到較大範圍的不同的力學性能。
馬氏體型不鏽鋼從大的方麵來區分，屬於鐵-鉻-碳係不鏽鋼。進而可分為馬氏體鉻係不鏽鋼和馬氏體鉻鎳係不鏽鋼。在馬氏體鉻係不鏽鋼中添加鉻、碳和鉬等元素時強度的變化趨勢和在馬氏體鉻係不鏽鋼中添加鎳的強度特性如下所述。
馬氏體鉻係不鏽鋼在淬火-回火條件下，增加鉻的含量可使鐵素體含量增加，因而會降低硬度和抗拉強度。低碳馬氏體鉻不鏽鋼在退火條件下，當鉻含量增加時硬度有所提高，而延伸率略有下降。在鉻含量一定的條件下，碳含量的增加使鋼在淬火後的硬度也隨之增加，而塑性降低。添加鉬的主要目的是提高鋼的強度、硬度及二次硬化效果。在進行低溫淬火後，鉬的添加效果十分明顯。含量通常少於1%。
在馬氏體鉻鎳係不鏽鋼中，含一定量的鎳可降低鋼中的δ鐵素體含量，使鋼得到*大硬度值。
馬氏體型不鏽鋼的化學成分特征是，在0.1%-1.0%C，12%-27%Cr的不同成分組合基礎上添加鉬、鎢、釩、和铌等元素。由於組織結構為體心立方結構，因而在高溫下強度急劇下降。而在600℃以下，高溫強度在各類不鏽鋼中*高，蠕變強度也*高。
(2)鐵素體型不鏽鋼
據研究結果，當鉻含量小於25%時鐵素體組織會抑製馬氏體組織的形成，因而隨鉻含量的增加其強度下降；高於25%時由於合金的固溶強化作用，強度略有提高。鉬含量的增加可使其更易獲得鐵素體組織，可促進α ’相、б相和x相的析出，並經固溶強化後其強度提高。但同時也提高了缺口敏感性，從而使韌性降低。鉬提高鐵素體型不鏽鋼強度的作用大於鉻的作用。
鐵素體型不鏽鋼的化學成分的特征是含11%-30%Cr，其中添加铌和鈦。其高溫強度在各類不鏽鋼中是*低的，但對熱疲勞的抗力*強。
據研究結果，當鉻含量小於25%時鐵素體組織會抑製馬氏體組織的形成，因而隨鉻含量的增加其強度下降；高於25%時由於合金的固溶強化作用，強度略有提高。鉬含量的增加可使其更易獲得鐵素體組織，可促進α ’相、б相和x相的析出，並經固溶強化後其強度提高。但同時也提高了缺口敏感性，從而使韌性降低。鉬提高鐵素體型不鏽鋼強度的作用大於鉻的作用。
鐵素體型不鏽鋼的化學成分的特征是含11%-30%Cr，其中添加铌和鈦。其高溫強度在各類不鏽鋼中是*低的，但對熱疲勞的抗力*強。
（3）奧氏體型不鏽鋼
奧氏體型不鏽鋼中增加碳的含量後，由於其固溶強化作用使強度得到提高。
奧氏體型不鏽鋼的化學成分特性是以鉻、鎳為基礎添加鉬、鎢、铌和鈦等元素。由於其組織為麵心立方結構，因而在高溫下有高的強度和蠕變強度。還由於線膨脹係數大，因此比鐵素體型不鏽鋼熱疲勞強度差。
奧氏體型不鏽鋼中增加碳的含量後，由於其固溶強化作用使強度得到提高。
奧氏體型不鏽鋼的化學成分特性是以鉻、鎳為基礎添加鉬、鎢、铌和鈦等元素。由於其組織為麵心立方結構，因而在高溫下有高的強度和蠕變強度。還由於線膨脹係數大，因此比鐵素體型不鏽鋼熱疲勞強度差。
（4）雙相不鏽鋼
對鉻含量約為25%的雙相不鏽鋼的力學性能研究表明，在α+r雙相區內鎳含量增加時r相也增加。當鋼中的鉻含量為5%時，鋼的屈服強度達到*高值；當鎳含量為10%時，鋼的強度達到*大值。
對鉻含量約為25%的雙相不鏽鋼的力學性能研究表明，在α+r雙相區內鎳含量增加時r相也增加。當鋼中的鉻含量為5%時，鋼的屈服強度達到*高值；當鎳含量為10%時，鋼的強度達到*大值。
（二）304不鏽鋼力學性能機械性能，蠕變強度
由於外力的作用隨時間的增加而發生變形的現象稱之為蠕變。在一定溫度下特彆是在高溫下、載荷越大則發生蠕變的速度越快；在一定載荷下，溫度越高和時間越長則發生蠕變的可能性越大。與此相反，溫度越低蠕變速度越慢，在低至一定溫度時蠕變就不成問題了。這個*低溫度依鋼種而異，一般來說純鐵在330℃左右，而不鏽鋼則因己采取各種措施進行了強化，所以該溫度是550℃以上。
和其他鋼一樣，熔煉方式、脫氧方法、凝固方法、熱處理和加工等對不鏽鋼的蠕變特性有很大的影響。據介紹，在美國進行的對18-8不鏽鋼進行蠕變強度試驗表明，取自同一鋼錠同一部位的試料的蠕變斷裂時間的標準今偏差是平均值的約11%，而取自不同鋼錠的上、中、下不同部位的試料的標準偏差與平均值相差則達到兩倍之多。又據在德國進行的試驗結果表明，在10的5次冪h時間下0Cr18Ni11Nb鋼的強度為小於49MPa至118MPa，散差很大。
由於外力的作用隨時間的增加而發生變形的現象稱之為蠕變。在一定溫度下特彆是在高溫下、載荷越大則發生蠕變的速度越快；在一定載荷下，溫度越高和時間越長則發生蠕變的可能性越大。與此相反，溫度越低蠕變速度越慢，在低至一定溫度時蠕變就不成問題了。這個*低溫度依鋼種而異，一般來說純鐵在330℃左右，而不鏽鋼則因己采取各種措施進行了強化，所以該溫度是550℃以上。
和其他鋼一樣，熔煉方式、脫氧方法、凝固方法、熱處理和加工等對不鏽鋼的蠕變特性有很大的影響。據介紹，在美國進行的對18-8不鏽鋼進行蠕變強度試驗表明，取自同一鋼錠同一部位的試料的蠕變斷裂時間的標準今偏差是平均值的約11%，而取自不同鋼錠的上、中、下不同部位的試料的標準偏差與平均值相差則達到兩倍之多。又據在德國進行的試驗結果表明，在10的5次冪h時間下0Cr18Ni11Nb鋼的強度為小於49MPa至118MPa，散差很大。
（三）疲勞強度
高溫疲勞是指材料在高溫下由於周期反複變化著的應力的作用而發生損傷至斷裂的過程。對其進行的研究結果表明，在某一高溫下，10的8次冪次高溫疲勞強度是該溫度下高溫抗拉強度的1/2。
熱疲勞是指在進行加熱（膨脹）和冷卻（收縮）的過程中，當溫度發生變化和受到來自外部的約束力時，在材料的內部相應於其本身的膨脹和收縮變形產生應力，並使材料發生損傷。當快速地反複加熱和冷卻時其應力就具衝擊性，所產生的應力與通常情況相比更大，此時有的材料呈脆性破壞。這種現象被稱之為縶衝擊。熱疲勞和熱衝擊是有著相似之處的現象，但前者主要伴隨大的塑性應變，而後者的破壞主要是脆性破壞。
304不鏽鋼力學性能機械性能，不鏽鋼的成分和熱處理條件對高溫疲勞強度有影響。特彆是當碳的含量增加時高溫疲勞強度明顯提高，固溶熱處理溫度也有顯著的影響。一般來說鐵素體型不鏽鋼具有良好的熱疲勞性能。在奧氏體不鏽鋼中，高矽的且在高溫下具有良好的延伸性的牌號有著良好的熱疲勞性能。
熱膨脹係數越小、在同一熱周期作用下應變量越小、變形抗力越小和斷裂強度越高，壽命就越長。可以說馬氏體型不鏽鋼1Cr17的疲勞壽命*長，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型不鏽鋼的疲勞壽命*短。另外鑄件較鍛件更易發生由於熱疲勞引起的破壞。在室溫下，10的7次冪次疲勞強度是抗拉強度的1/2。與高溫下的疲勞強度相比可知，從室溫到高溫的溫度範圍內疲勞強度冇有太大的差異。
高溫疲勞是指材料在高溫下由於周期反複變化著的應力的作用而發生損傷至斷裂的過程。對其進行的研究結果表明，在某一高溫下，10的8次冪次高溫疲勞強度是該溫度下高溫抗拉強度的1/2。
熱疲勞是指在進行加熱（膨脹）和冷卻（收縮）的過程中，當溫度發生變化和受到來自外部的約束力時，在材料的內部相應於其本身的膨脹和收縮變形產生應力，並使材料發生損傷。當快速地反複加熱和冷卻時其應力就具衝擊性，所產生的應力與通常情況相比更大，此時有的材料呈脆性破壞。這種現象被稱之為縶衝擊。熱疲勞和熱衝擊是有著相似之處的現象，但前者主要伴隨大的塑性應變，而後者的破壞主要是脆性破壞。
304不鏽鋼力學性能機械性能，不鏽鋼的成分和熱處理條件對高溫疲勞強度有影響。特彆是當碳的含量增加時高溫疲勞強度明顯提高，固溶熱處理溫度也有顯著的影響。一般來說鐵素體型不鏽鋼具有良好的熱疲勞性能。在奧氏體不鏽鋼中，高矽的且在高溫下具有良好的延伸性的牌號有著良好的熱疲勞性能。
熱膨脹係數越小、在同一熱周期作用下應變量越小、變形抗力越小和斷裂強度越高，壽命就越長。可以說馬氏體型不鏽鋼1Cr17的疲勞壽命*長，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型不鏽鋼的疲勞壽命*短。另外鑄件較鍛件更易發生由於熱疲勞引起的破壞。在室溫下，10的7次冪次疲勞強度是抗拉強度的1/2。與高溫下的疲勞強度相比可知，從室溫到高溫的溫度範圍內疲勞強度冇有太大的差異。
（四）衝擊韌性
材料在衝擊載荷作用下，載荷變形曲線所包括的麵積稱為衝擊韌性。對於鑄造馬氏體時效不鏽鋼，當鎳含量為5%時其衝擊韌性較低。隨著鎳含量的增加，鋼的強度和韌性可得到改善，但鎳含量大於8%時，強度和韌性值又一次下降。在馬氏體鉻鎳係不鏽鋼中添加鉬後，可提高鋼的強度且可保持韌性不變。
雙相不鏽鋼的衝擊韌性隨鎳含量的增加而提高。一般來說，在a+r兩相區內其衝擊韌性穩定在160-200J的範圍內。200 係列—鉻-鎳-錳 奧氏體不鏽鋼
300 係列—鉻-鎳 奧氏體不鏽鋼
型號 301—延展性好，用於成型產品。也可通過機械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲勞強度優於304不鏽鋼。
型號 302—耐腐蝕性同304，由於含碳相對要高因而強度更好。
型號 303—通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。
型號 304—通用型號；即18/8不鏽鋼。GB牌號為0Cr18Ni9。
型號 309—較之304有更好的耐溫性。
型號 316—繼304之後，**個得到*廣泛應用的鋼種，主要用於食品工業和外科手術器材，添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結構。由於較之304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作“船用鋼”來使用。SS316則通常用於核燃料回收裝置。18/10級不鏽鋼通常也符合這個應用級彆。
型號 321—除了因為添加了鈦元素降低了材料焊縫鏽蝕的風險之外其他性能類似304。
400 係列—鐵素體和馬氏體不鏽鋼
型號 408—耐熱性好，弱抗腐蝕性，11%的Cr，8%的Ni。
型號 409—*廉價的型號（英美），通常用作汽車排氣管，屬鐵素體不鏽鋼（鉻鋼）。
型號 410—馬氏體（高強度鉻鋼），耐磨性好，抗腐蝕性較差。
型號 416—添加了硫改善了材料的加工性能。
型號 420—“刃具級”馬氏體鋼，類似布氏高鉻鋼這種*早的不鏽鋼。也用於外科手術刀具，可以做的非常光亮。
型號 430—鐵素體不鏽鋼，裝飾用，例如用於汽車飾品。良好的成型性，但耐溫性和抗腐蝕性要差。
型號 440—高強度刃具鋼，含碳稍高，經過適當的熱處理後可以獲得較高屈服強度，硬度可以達到58HRC，屬於*硬的不鏽鋼之列。*常見的應用例子就是“剃須刀片”。常用型號有三種：440A、440B、440C，另外還有440F（易加工型）。
500 係列—耐熱鉻合金鋼。
600 係列—馬氏體沉澱硬化不鏽鋼。
型號 630—*常用的沉澱硬化不鏽鋼型號，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。
不鏽鋼為什麼耐腐蝕？
304不鏽鋼力學性能機械性能，建議把地域分成四類，即：鄉村，城市，工業區和沿海地區。
鄉村是基本上無汙染的區域。該區人口密度低，隻有無汙染的工業。
城市為典型的居住、商業和輕工業區，該區內有輕度汙染，例如交通汙染。
工業區為重工業造成大氣汙染的區域。汙染可能是由於燃油所形成的氣體，例如硫和氮的氧化物，或者是化工廠或加工廠釋放的其它氣體。空氣中懸遊的顆粒，像鋼鐵生產過程中產生的灰塵或氧化鐵的沉積也會使腐蝕增加。
沿海地區通常指的是距海邊一英裡以內的區域。但是，海洋大氣可以向內陸縱深蔓延，在海島上更是如此，盛行風來自海洋，而且氣候惡劣。例如，英國氣候條件就是如此，所以整個國家都屬於沿海區域。如果風中夾雜著海洋霧氣，特彆是由於蒸發造成鹽沉積集聚，再加上雨水少，不經常被雨水衝刷，沿海區域的條件就更加不利。如果還有工業汙染的話，腐蝕性就更大。
美國、英國、法國、意大利、瑞典和澳大利亞所進行的研究工作已經確定了這些區域對各種不鏽鋼耐大氣腐蝕的影響。有關內容在NiIDI出版的《建築師便覽》中作了簡單介紹，該書中的表可以幫助設計人員為各種區域選擇成本效益*好的不鏽鋼。
在進行選擇時，重要的是確定是否還有當地的因素影響使用現場環境。例如，不鏽鋼用在工廠煙囪的下方，用在空調排氣擋板附近或廢鋼場附近，會存在非一般的條件。
材料在衝擊載荷作用下，載荷變形曲線所包括的麵積稱為衝擊韌性。對於鑄造馬氏體時效不鏽鋼，當鎳含量為5%時其衝擊韌性較低。隨著鎳含量的增加，鋼的強度和韌性可得到改善，但鎳含量大於8%時，強度和韌性值又一次下降。在馬氏體鉻鎳係不鏽鋼中添加鉬後，可提高鋼的強度且可保持韌性不變。
雙相不鏽鋼的衝擊韌性隨鎳含量的增加而提高。一般來說，在a+r兩相區內其衝擊韌性穩定在160-200J的範圍內。200 係列—鉻-鎳-錳 奧氏體不鏽鋼
300 係列—鉻-鎳 奧氏體不鏽鋼
型號 301—延展性好，用於成型產品。也可通過機械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲勞強度優於304不鏽鋼。
型號 302—耐腐蝕性同304，由於含碳相對要高因而強度更好。
型號 303—通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。
型號 304—通用型號；即18/8不鏽鋼。GB牌號為0Cr18Ni9。
型號 309—較之304有更好的耐溫性。
型號 316—繼304之後，**個得到*廣泛應用的鋼種，主要用於食品工業和外科手術器材，添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結構。由於較之304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作“船用鋼”來使用。SS316則通常用於核燃料回收裝置。18/10級不鏽鋼通常也符合這個應用級彆。
型號 321—除了因為添加了鈦元素降低了材料焊縫鏽蝕的風險之外其他性能類似304。
400 係列—鐵素體和馬氏體不鏽鋼
型號 408—耐熱性好，弱抗腐蝕性，11%的Cr，8%的Ni。
型號 409—*廉價的型號（英美），通常用作汽車排氣管，屬鐵素體不鏽鋼（鉻鋼）。
型號 410—馬氏體（高強度鉻鋼），耐磨性好，抗腐蝕性較差。
型號 416—添加了硫改善了材料的加工性能。
型號 420—“刃具級”馬氏體鋼，類似布氏高鉻鋼這種*早的不鏽鋼。也用於外科手術刀具，可以做的非常光亮。
型號 430—鐵素體不鏽鋼，裝飾用，例如用於汽車飾品。良好的成型性，但耐溫性和抗腐蝕性要差。
型號 440—高強度刃具鋼，含碳稍高，經過適當的熱處理後可以獲得較高屈服強度，硬度可以達到58HRC，屬於*硬的不鏽鋼之列。*常見的應用例子就是“剃須刀片”。常用型號有三種：440A、440B、440C，另外還有440F（易加工型）。
500 係列—耐熱鉻合金鋼。
600 係列—馬氏體沉澱硬化不鏽鋼。
型號 630—*常用的沉澱硬化不鏽鋼型號，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。
不鏽鋼為什麼耐腐蝕？
304不鏽鋼力學性能機械性能，建議把地域分成四類，即：鄉村，城市，工業區和沿海地區。
鄉村是基本上無汙染的區域。該區人口密度低，隻有無汙染的工業。
城市為典型的居住、商業和輕工業區，該區內有輕度汙染，例如交通汙染。
工業區為重工業造成大氣汙染的區域。汙染可能是由於燃油所形成的氣體，例如硫和氮的氧化物，或者是化工廠或加工廠釋放的其它氣體。空氣中懸遊的顆粒，像鋼鐵生產過程中產生的灰塵或氧化鐵的沉積也會使腐蝕增加。
沿海地區通常指的是距海邊一英裡以內的區域。但是，海洋大氣可以向內陸縱深蔓延，在海島上更是如此，盛行風來自海洋，而且氣候惡劣。例如，英國氣候條件就是如此，所以整個國家都屬於沿海區域。如果風中夾雜著海洋霧氣，特彆是由於蒸發造成鹽沉積集聚，再加上雨水少，不經常被雨水衝刷，沿海區域的條件就更加不利。如果還有工業汙染的話，腐蝕性就更大。
美國、英國、法國、意大利、瑞典和澳大利亞所進行的研究工作已經確定了這些區域對各種不鏽鋼耐大氣腐蝕的影響。有關內容在NiIDI出版的《建築師便覽》中作了簡單介紹，該書中的表可以幫助設計人員為各種區域選擇成本效益*好的不鏽鋼。
在進行選擇時，重要的是確定是否還有當地的因素影響使用現場環境。例如，不鏽鋼用在工廠煙囪的下方，用在空調排氣擋板附近或廢鋼場附近，會存在非一般的條件。
