不锈钢

不锈钢（Stainless Steel）是一种由多种元素组成的铁合金，其中铁、铬和碳这三种是主要元素，部分还含有钼、硅、锰等其他元素，是指在自然环境或某些工业介质中具有一定化学稳定性的钢的总称，一般包括不锈钢和耐酸钢，属于特殊性能钢。普通不锈钢具有不锈性，但是通常是不耐腐蚀的，而耐酸钢通常同时具有良好的不锈性和耐蚀性。主要性能特点包括耐腐蚀特性、力学性能、工艺特性、磁性和其他特性等。不锈钢常用的分类方法是根据金相组织结构分为五类，考虑到各类不锈钢自身特点，被用于车辆领域、建筑领域、工业领域和生活领域等等多个方向。

要改善钢材的抗腐蚀性，就需要通过增加铁基固溶液的电极电势，在氧化剂的催化下，在金属的表层上生成一层致密而又稳固的保护层。在这一点上，铬是最好的金属，因此，在工业上使用的所有的不锈钢都是含铬的合金，而铁、铬是最基本的金属元素。

在不锈钢中，除了铁、铬和碳这三种主要元素之外，还有许多其它的元素。按钢材中所含有的主要元素分为：铬、铬镍、铬镍锰、铬锰氮等不锈钢。在钢中加入其它合金，以提高其性能，将其划分为铁素体形成元素(Cr，Mo，Si，Ti，Nb 等)及奥氏体形成元素(Ni，Mn，C，N 等)两类。其中有些是用来增强不锈钢抗腐蚀性，有些是用来提高机械性能和其他性质，还有一些是经常存在于钢材中的杂质。

铬是不锈钢最基础的元素成分，可以提高不锈钢的抗腐蚀能力。随着含铬含量的增大，含铬钢抗蚀能力逐渐增强，尤其是在13%左右的铬含量下，其电极电势明显增强，抗腐蚀能力出现跳跃性的变化。铬和铁可以得到连续的固溶体，缩小奥氏体相区。铬能与碳生成各种碳化物，其对碳的亲合性比钨、银等高。铬减少了珠光体中的碳含量，减小了奥氏体中碳的极限溶解度，减缓了碳化物的降解速率，同时也增加了钢材的回火脆化趋势。

钼是一种铁素体形成元素，能够稳定不锈钢表面的金属氧化物，它可以改善其抗腐蚀性能，尤其是对于铬钝化能力不够的还原性和有氯离子的环境中，其效果更加明显，可提高耐点蚀能力，对裂缝的腐蚀起到很好的抑制作用。

钼能在钢中以铁素体、奥氏体、碳化物等形式存在，是降低奥氏体相区的主要成分。在含钼量较小时，与铁和碳形成复合的碳化物，在一定浓度下，可以生成一种特定的钼类化合物。钼对钢材的淬透力有促进作用，其作用较铬强，但比锰略低。钼也可改善钢的耐热性能，若仅有一种合金，则可使钢的回火脆性增大，与铬、锰共存时，钼可降低或抑制其它因素引起的回火脆性。

硅是产生铁素体的强元素。随着含硅含量的提高，不锈钢的拉伸强度和弹性极限提高，但韧性略有降低。随着铁素体区的增大，蠕变性能恶化，导致了相的形成范围和速率增大。加入硅可以极大地改善钢材的抗腐蚀性和点蚀性能，在氯离子介质中加入硅能改善其抗应力侵蚀断裂的能力。在不锈钢中加入一定量的硅，可以改善其抗氧化能力和抗硫化能力，使其在浓硝酸、浓硫酸等环境中具有优良的耐腐蚀能力，其原因是在不锈钢的表层上形成了大量的硅基氧化物保护薄膜。

多晶硅

钛、铌是奥氏合金中具有较强的铁素体生成成分，能有效地改善其耐热性能。由于含钛沉淀和夹杂物，大大削弱了钢材的抗点蚀能力。钛和铌在不锈钢中的主要作用是细化晶粒的组织，形成钛、铌的碳化物和碳氮化物，这样就可以将钢中的碳固化，形成稳定的碳化物，这样就可以降低对不锈钢的不利影响，在改善了钢材的强度和抗腐蚀能力的基础上，改善了其冷成型的特性。钛、铌对提高不锈钢的可焊性有一定的作用，但过量的钛、铌会导致材料的高温塑性下降，影响其机械加工的效果。

碳、氮元素在奥氏体中具有很强的生成和稳定作用，碳和氮元素易于与其他元素结合而生成碳、氮化物，从而增强了不锈钢的强度，但降低了抗冲击韧度，提高了韧脆性转化的温度。在不锈钢中，碳、氮元素的主要功能是使其保持奥氏体的稳定，是钢中的重要元素，对钢的强化有一定的促进作用。随着钢中含碳量的增加，其固溶铬的损耗增加，其抗腐蚀性能降低得更严重。但是随着钢中含氮量的增加，不锈钢抗腐蚀性能没有下降，同时，对其晶体腐蚀也没有明显的影响。

在奥氏体型不锈钢中，镍是一种重要的元素。镍使奥氏体相区增大，从而对奥氏体起到了稳定作用。奥氏体钢的硬度和抗拉强度都会随含镍含量的升高而降低，而韧度和结晶之间的碳化物的析出趋势变得更明显，从而导致了较大的晶间侵蚀。加入镍后，合金的抗应力蚀断裂能力得到改善，而在合金中加入镍的量为45~50%时，可以防止应力侵蚀断裂。一般用于奥氏体组织的形成和稳定，获得高韧性、高机械强度和高可焊性的合金。

锰是奥氏体中的一种较弱的形成元素，它对奥氏体的稳定有很强的影响，并可改善钢的抗点腐蚀性能。锰是一种很好的脱氧剂和脱硫剂，能在铁、奥氏体中固溶，使奥氏体区增大。锰是一种较弱的碳化物生成元素，添加到钢材中能得到均匀细化的组织，避免了渗碳过程中碳化物在渗碳层中的积聚，但增加了其过热敏感性和回火脆性。从耐蚀性能上看，添加锰会降低其抗腐蚀性。另外，锰还具有一定的抗硫化能力和提高高铬镍奥氏体不锈钢的高温热塑性的作用。

这类不锈钢除铁基外，主要合金元素是铬。有的还分别含有硅、铝、钨、铜、镍等一种或几种元素，这些元素在钢中的含量分别在1%~3%之间。

304不锈钢

这类不锈钢除铁基外，主要合金元素是铬和镍。有的还分别含有钦、硅、钿、钨、钒等一种或几种元素，这些元素在钢中的含量在4%以下。

这类不锈钢除铁基外，主要合金元素是铬和锰，大多数钢中还含有0.5%以下的氮。有的还分别含有镍、硅、铜等一种或几种元素，这些元素在钢中的含量分别只有5%以下。

铁素体钢是一种高铬钢，其铬含量为13%-30%。当铬元素的占比分数大于13%时，铁素体的微观组织结构不发生变化，无γ相变，从高到低的温度都能维持其铁素体的形态结构。在退火状态和在室温条件下，其晶体结构以体心立方晶格型为主。该系列钢材具有良好的耐腐蚀性、抗氧化能力，尤其是在抗应力侵蚀方面，但其机械和加工性能都比较一般，主要应用在耐酸性、强度低的建筑和抗氧化钢材上。

奥氏体不锈钢是以奥氏体为主要组织成分的不锈钢，钢中含Cr约18%、Ni 8%~25%，C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。在常温条件下的凝固过程中，其晶体结构以平面立方晶格状为主。奥氏体不锈钢中铬、镍等其它金属成分含量高。抗腐蚀、塑性好、易于成型、加热时不发生同质转化、可焊性好，韧性好，低温韧度好，一般情况下无冷脆性。其再结晶温度高于铁素体，适用于在工作温度在550℃以上的高温高强度钢材。部分奥氏体不锈钢可以包含一些铁素体组织，被称作亚稳态的奥氏体不锈钢，在低温或冷态后部分奥氏体会向马氏体转化。

奥氏体-铁素体双相不锈钢在常温下同时存在着奥氏体组织和铁素体组织，两者的比例为1:1时，其综合特性最好，较少相的含量必须大于规定的指标。双相不锈钢具有良好的耐应力腐蚀性能，奥氏体的存在使其具有良好的脆化性能，以获得良好的冷热加工性能和焊接性能。另外，由于铁素体的加入，其屈服强度、抗应力腐蚀敏感性均有所改善，而这两相的同时出现会使合金的结晶化趋势减小，同时也会减少其晶间侵蚀趋势。

马氏体不锈钢是一种以马氏体为主要组织成分的不锈钢。马氏体不锈钢的含铬量为12%~18%，同时还包含一些碳化物和镍化物等奥氏体成分，因此在高温下会产生大量的或全部的γ相，而基底是具有磁化性质的马氏体，经过热处理可以调节它们的力学性能。

在合适的热处理条件下，其微观组织结构基本上是由奥氏体组成，而在经过一定时间的冷却，形成了马氏体组织。其晶体结构在高碳组分为体心四方晶格，低碳组分为体心立方晶格，是一种经热处理的强化不锈钢。它因其机械性质优良，耐腐蚀能力适中，在650℃以下有较高的耐热能力，在各工业领域得到了广泛的使用。

沉淀硬化型不锈钢是一种能够在经过时效处理后析出第二相进行沉淀而得到增强的不锈钢。它的基体是奥氏体或马氏体组织结构，其强度高、韧性好、耐腐蚀性能好，广泛用于航天和高科技行业。未经沉淀硬化热处理前，室温时可为奥氏体、马氏体或铁素体组织。经适当的沉淀硬化热处理，基体中可析出碳化物、金属间化合物等析出相使钢强化和硬化。