不锈钢在空气、水、酸、盐的水溶液中及其他氧化性气氛中具有很高的化学稳定性,以其良好的耐蚀性、耐高温性、耐低温性、耐磨损性及外观精美等特征,被广泛应用于宇航、原子能、石油化工、海洋开发及家庭民用等方面。
按合金成分大致分为Cr钢和Cr-Ni钢两大类。按金相组织分为5个系列,奥氏体型、铁素体型、奥氏体-铁素铁型(双相型)、马氏体型、沉淀硬化型。在GB1220-92不锈钢棒中,列出了64个牌号,奥氏体型33个,如1Cr18Ni9(美ASTM、日JIS302)等,铁素体型7个,如0Cr13Al(美ASTM、日JIS405)等,双相型3个,如0Cr26Ni5Mo2(美ASTM、日JIS329)等,马氏体型18个,如2Cr13(美ASTM、日JIS420)等,沉淀硬化型3个,如0Cr17Ni4Cu4Nb(美ASTM、日JIS630)等。
2006年世界不锈钢产量2 840万t,中国不锈钢产量跃居世界第一,已达到530万t,其中300系300.4万t,400系118.5万t,200系81.1万t。2007年世界不锈钢产量2 760万t,同比下降2.9%,中国不锈钢产量720万t,同比增加36%[11]。
性能
1)奥氏体不锈钢。向Fe-Cr合金中加Ni、Mn等面心立方晶格的元素以扩大γ区到全部消除α-Fe所形成的不锈钢。此类钢无磁性,由于含Ni、Cr高,其耐蚀性能好。由于热处理时无相变,所以不能变硬,但可以通过冷加工而硬化。用Mn或N部分地代替Ni是降低此类钢成本的有效办法。此类钢常称为18-8钢(一般为18%Cr-8%Ni、C≤0.1%),美、日钢种牌号为300系列,典型钢号为304,产量高、用途广,具有良好的加工性能、力学性能、耐蚀性能以及焊接性能。奥氏体不锈钢还包括节镍型200系列钢种。图5为Cr-Ni系奥氏体不锈钢的发展过程[4]。
2)铁素体不锈钢。由结构为体心立方晶格的α-Fe组成,含Cr量波动于12%~30%之间,由于无相变,此类钢不能用热处理的方法进行强化,但可进行冷加工和退火。铁素体不锈钢具有耐氯化物高应力裂纹腐蚀性能,塑性脆化转变温度很高。由于添加了一些其他元素发展了许多钢号,使其应用更加广泛。美、日钢种牌号为400系列。图6为铁素体不锈钢的发展过程[7]。
3)马氏体不锈钢,向Fe-Cr合金中加入C以扩大γ区,像碳素钢一样使奥氏体转变为马氏体,其Cr含量13%~18%、C含量0.1%~1