不锈钢的性能详解

原创 胡伟明  2021-07-02 20:56:00  阅读 168 次 评论 0 条
摘要:

物理性能不锈钢和碳钢的物理性能差异较大:碳钢的密度略高于铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢,而略低于奥氏体型不锈钢;电阻率按碳钢、铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢和奥氏体型不锈钢的顺序递增;线胀系数大小的排序也类似,奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小;碳钢、铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢有磁性,奥氏体型不锈钢无磁性,但其冷加工硬化生成马氏体相变时会产生磁性,可通过热处理方法来消除这种马氏体组织而消除其磁性。奥氏体型不锈钢与碳钢相比,具有下列特点:1)电阻率高,约为碳钢的5倍。2)线胀系数大,比碳钢大40%,

物理性能

不锈钢和碳钢的物理性能差异较大:碳钢的密度略高于铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢,而略低于奥氏体型不锈钢;电阻率按碳钢、铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢和奥氏体型不锈钢的顺序递增;线胀系数大小的排序也类似,奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小;碳钢、铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢有磁性,奥氏体型不锈钢无磁性,但其冷加工硬化生成马氏体相变时会产生磁性,可通过热处理方法来消除这种马氏体组织而消除其磁性。

奥氏体型不锈钢与碳钢相比,具有下列特点:

1)电阻率高,约为碳钢的5倍。

2)线胀系数大,比碳钢大40%,并随着温度的升高,线胀系数的数值也相应提高。

3)热导率低,约为碳钢的1/3。

由于奥氏体型不锈钢具有这些特殊的物理性能,在焊接过程中会引起较大的焊接变形。特别在异种金属(指与碳钢、低合金钢)焊接时,由于这两种材料的热导率和线胀系数有很大差异,会产生很大的焊接残余应力,成为焊接接头产生裂纹的主要原因之一。

力学性能

不论不锈钢板还是耐热钢板,奥氏体型不锈钢板的综合性能最好,既有足够的强度,又有极好的塑性,同时硬度也不高,这也是它们被广泛利用的原因之一。奥氏体型不锈钢板同绝大多数的其他金属材料相似,抗拉强度、屈服强度和硬度随着温度的降低而提高;塑性则随着温度降低而减少。其抗拉强度在15~80℃范围内增大较快,温度进一步降低时则变化缓慢,而屈服强度的增长是较均匀的。更重要的是,随着温度的降低,其冲击韧度降低缓慢,并不存在脆性转变。所以18-8型不锈钢低温时能保持足够的塑性和韧性,如温度在-196℃时,冲击吸收功可达392J;甚至在液氦温度(-270℃)下仍保持有足够的冲击韧度值;更可贵的是在液氢温度(-273℃)下具有阻止应力集中部位发生脆性破裂的能力。因此,这类钢板被广泛应用于制造深冷设备,是一种不可缺少的低温工程材料。但是,为了防止18-8型锈钢产生热裂纹,往往在焊缝金属中要添加一些铁素体形成元素,而铁素体的形成会降低其低温冲击韧度。因此,在焊接这种低温材料时,要引起足够的重视。18-8型不锈钢板不仅在低温时具有良好的力学性能,而且在高温时又有较高的热强性。它在温度为900℃的氧化性介质和温度在700℃的还原性介质中,都能保持其化学稳定性,所以这种钢板也是常用的耐热材料。

耐热性能

耐热性是指高温下既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性,又有足够的强度即高温力学性能(热强性)。

1.热稳定性

为了使不锈钢在高温下具有稳定的耐氧化和耐气体介质腐蚀性能,必须使钢材表面不能形成疏松或易于破裂的氧化膜,如FeO、Fe3O4、Fe2O3。为了防止氧化膜的出现,最好在钢中加入Cr、Al和Si等合金元素,使钢材表面形成结构致密并与钢材表面牢固结合的氧化膜,如Cr2O3、Al2O3等合金氧化膜。这种合金氧化膜具有良好的保护作用,从而可延长钢材的使用寿命或提高使用温度。若铬的质量分数达到或超过12%,再加入铝和硅等合金元素就可发挥更大的抗氧化性能。在不锈钢中,若氧化膜主要以Cr2O3的形式出现,其抗环境温度剧变的能力最为优越。

2.高温强度

耐热钢产品在高温使用过程中要考虑到的因素:一是高温强度,高温强度的指标有蠕变强度和持久强度以及高温短时强度。钢材在高温下受恒定应力作用时,由于应力与温度共同作用的结果,可在低于屈服强度的条件下发生缓慢的塑性变形,这就叫蠕变。蠕变的速率随温度的提高和应力的增大而增加。蠕变强度是指材料在某一限定温度下,达到某临界蠕变速率(或某限定时间达到临界应变量)的临界应力长期高温工作时可能产生脆化现象和高温疲劳的特性。若耐热钢产品的高温强度不能满足图样设计要求,在工作过程中会发生重大事故;二是耐热钢产品长期处在工作状态,疲劳在使用过程中是一个不可回避的问题,疲劳会引起疲劳裂纹。疲劳裂纹一般由表面层或者表面下某些缺陷萌生的,在交变应力作用下,裂纹逐渐扩大,直至剩余的断面承受不了最后一周交变应力的作用而发生突然断裂。在较低温度下,疲劳裂纹是穿晶的,而在高温下的疲劳裂纹是沿晶间发展而导致断裂。


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