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第七章 不锈钢及高温合金 不锈钢: 指耐大气和酸、碱、盐等介质腐蚀的合金钢总称。其中称耐大气、蒸汽和水腐蚀的钢为“不锈钢”；称抗酸、碱、盐等强介质腐蚀的钢为“耐酸钢”。不锈钢的广义型定义还包括不锈耐热钢。这些钢，尤其是奥氏体不锈钢因具有良好的耐蚀性和焊接性，优良的热强性和冷、热加工性能以及冷形变后又具有强度、塑性和韧性的良好综合性能，所以在石油、化工、宇航和核工业等领域中被广泛应用。 重水堆的容器和轻水堆、重水堆与快堆的主管道、主泵等多是由奥氏体不锈钢制成的。 7.1 不锈钢产生 钢的腐蚀是因金属表面及其内部或二者之一，在腐蚀介质中发生化学或电化学反应而引起的，金属内部腐蚀是指金属基体中不同相之间或同一相的晶粒与晶界之间形成的原电池腐蚀。 如钢的珠光体组织，因是铁素体和渗碳体的机械混合物，在电解溶液中，铁素体是阳极，渗碳体是阴极，它们形成微电池组，铁素体被溶解，渗碳体仍保持完整。 针对上述腐蚀诱因采取合金化方法： 1）对化学腐蚀：在钢的表面若能形成一层致密、牢固的氧化膜，将能防止高温下的钢被氧化。比如铬就有此特性。 passive 2）对电化学腐蚀： 若能通过调整合金成分使基体呈单相组织，或者使铁的电极电位由负变正，即能起到减小电化学腐蚀的作用。 这是生产不锈钢的理论根据。 例如铬和镍具有上述功能， 当钢中含Cr量增加到12.5％原子比时，铁的阳极电位由 －0.6V突然跃升到 0.2V。 ★意味着钢中的铁素体和碳化物之间的电位差明显减小，从而可显著降低基体中微电池的电化学腐蚀速率。 ★因钢中含有大量Cr，使金属表面生成了一层致密、薄而牢固的FeO·Cr2O3钝化膜，从而起到了隔绝腐蚀介质、保护金属表面的作用。 美国不锈钢手册称含12％铬的铁基合金为不锈钢。 为了减少不同相之间的原电池腐蚀，根据有关相图又发展了单相铁素体和单相奥氏体不锈钢，尤其在后者基础上通过降碳或添加Ti，Mo，Nb与提高Cr，Ni含量等，又进一步发展了具有全面耐蚀性能和良好力学性能的一系列不锈钢 。 7.2 不锈钢的分类与成分特点 分类： 按成分分类主要有铬不锈钢和铬镍不锈钢，它们各以Cr13和Cr18 Ni8为代表。 按组织分类有：奥氏体型、铁素体型、马氏体型和奥氏体+铁素体与沉淀硬化型不锈钢。不锈钢组织主要决定于钢中C，Cr，Ni三元素的各自含量与相互配比。 成分特点： （1）马氏体不锈钢的形成区在13％－17％Cr和2％Ni范围内； （2）铁素体不锈钢形成区处于13％－30％Cr和2％－3％Ni区间； （3）当Ni＞3%，Cr＞18％后，二者按比例相应增加可获得奥氏体+铁素铁双相不锈钢； （4）当Ni＞8％，Cr在18％－27％范围内可获得单相奥氏体不锈钢； （5）沉淀硬化型不锈钢主要有马氏体型和半奥氏体型，所以其成分范围处于奥氏体与马氏体及双相不锈钢之间。 7.3 各类不锈钢的特点 7.3.1 奥氏体不锈钢： 典型代表是在18％Cr钢加 8％Ni，通常称此钢为18－8钢，具有良好的耐蚀性和焊接性以及优良的强度、塑性和韧性的综合性能。 18-8钢中的单相γ是介稳相： 碳在室温奥氏体中的溶解度仅有0.03％，而该钢除超低碳外，一般规定碳为0.10％左右，因此钢缓冷到图中的SK线之下的平衡组织为γ＋α＋C，即奥氏体+铁素体+合金碳化物[( Cr，Fe)23C6]。 这表明18-8钢中的单相γ是介稳相，钢加热ES线之上经固溶后快冷得到的，因此含有过饱和的碳。 奥氏体不锈钢的显微组织 Grain structure of an austenitic stainless steel NF709 (20Cr25Ni). Many of the grains contain annealing twins. NF709 is a creep-resistant austenitic stainless steel used in the construction of highly sophisticated power generation ★奥氏体不锈钢的成分特点： 1）低碳（~0.1%C）、高Cr、Ni是此类钢的成分特点，有较高的耐蚀性。钢中的C易与Cr在晶界处形成碳化物Cr23C6，造成近晶界区域贫铬而使抗蚀性降低，这就是晶间腐蚀。 2）钢中加入Ti、Nb等碳化物形成元素，是为了消除所含碳引起的晶间腐蚀。因而奥氏体不锈钢均含碳量很低。加入