新材料研發(fā)
不鏽鋼和鎳基耐蝕合金材料應用簡介
不鏽鋼是指以不鏽性和耐蝕性爲主要特性，Cr至少爲10.5%，C大爲1.2%的鋼。腐蝕是機械零件受周圍介質的化學(xué)和電化學(xué)作用而失效的主要原因。一般的碳鋼和合金鋼在腐蝕介質的作用下，金屬表面(miàn)會形成(chéng)氧化膜，便是人們常說的生鏽。不鏽鋼是在普通低碳鋼和低合金鋼的基礎上添加一定量的鉻元素冶煉而成(chéng)，其不鏽性與鋼中的鉻含量有關。當鋼中Cr含量超過(guò)10.5%時，在鋼與大氣接觸時，其表面(miàn)會生産一層緻密的氧化膜，稱作鈍化膜（Cr2O3)。這(zhè)層緻密的氧化膜可以隔離金屬與外界腐蝕介質的接觸，從而有效地保護了不鏽鋼表面(miàn)。這(zhè)層氧化膜極薄，隻有幾微米，像是披上一層透明的外衣，透過(guò)它可以看到依然是銀白色的金屬表面(miàn)。
不鏽鋼的發(fā)展史
當發(fā)現w(Cr)≥13%的鋼具有耐蝕性和防氧化的能(néng)力時，不鏽鋼便發(fā)生了，從此不鏽鋼在惡劣及高溫環境中開(kāi)始了應用。1817年法國(guó)人開(kāi)始生産低Cr、低合金鋼；1821年，法國(guó)人Berthier提出了在鋼中加入了Cr元素→20世紀初，才有高鉻合金的首批生産，不鏽鋼幾乎在五個國(guó) 家同時出現：法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、加拿大→1929年，施特勞斯取得了低碳18-8不鏽鋼專利權。爲了解決18-8鋼的敏化态晶間腐蝕，1931年的霍德魯特發(fā)明了含钛的18-8不鏽鋼。幾乎與此同時，在法國(guó)Unieux實驗室發(fā)現了奧氏體不鏽鋼中含有鐵素體時，鋼的晶間耐腐蝕性得到明顯改善，從而開(kāi)發(fā)了奧氏體一鐵素體雙相不鏽鋼→1946年，美國(guó)的史密斯埃塔爾研制了馬氏體沉澱硬化型不鏽鋼17-4PH。至此，馬氏體、鐵素體、奧氏體、奧氏體鐵素體雙相不鏽鋼和沉澱硬化型不鏽鋼等齊全了。
普通不鏽鋼的應用和特性
超級不鏽鋼
超級不鏽鋼于20世紀70-90年代先後(hòu)問世的，其耐蝕性優于原同類不鏽鋼，包括高Cr、Mo的超級鐵素體不鏽鋼，高Cr、Mo、N的超級奧氏體不鏽鋼，以及超級雙相不鏽鋼。超級不鏽鋼耐全面(miàn)腐蝕、耐點腐蝕、耐縫隙腐蝕性能(néng)優異。超級不鏽鋼面(miàn)臨的共同課題是随鋼中Cr、Mo和量或Cr、Mo、N量的提高，組織熱穩定性下降，碳氮化物和金屬間相析出所導緻的焊後(hòu)塑韌性和耐蝕性的劣化問題。
傳統鐵素體不鏽鋼的缺點、原因和改進(jìn)
超級鐵素體不鏽鋼的牌号和化學(xué)成(chéng)分，%
超級奧氏體不鏽鋼
超級奧氏體主要是爲了解決普通不鏽鋼的耐蝕性，特别是耐點蝕、耐縫隙腐蝕和耐應力腐蝕以及強度偏低等無法滿足客觀需求而問世的。奧氏體不鏽鋼有名的牌号有18-8，逼常爲18-10或19-9，型号304，中國(guó)爲00Cr19Ni10和18-12-2的316(0Cr17Ni12Mo2)。在304和316等不鏽鋼基礎上提高Cr、Ni、Mo含量，以及加入Cu、Si元素或降低雜質元素，又發(fā)展了許多高合金的新牌号，例如含約4.5%Mo的317LM(00Cr18Ni16Mo5)和904L(00C20Ni25Mo4.5Cu),以及尿素級、硝酸級、核級、食品級等類型的奧氏體不鏽鋼。
傳統鐵素體不鏽鋼的缺點、原因和改進(jìn)
超級奧氏體一鐵素體雙相不鏽鋼
1950-1960年以來，由于大量使用18-8型等鉻鎳奧氏體不鏽鋼設備、部件、容器、管道(dào)等不斷受到腐蝕，特别是應力腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、腐蝕疲勞等。人們在尋求解決這(zhè)些局部腐蝕的新型不鏽鋼時，發(fā)現解決鉻鎳奧氏體不鏽鋼的氯化物應力腐蝕等敏感性高和強度不足等方面(miàn)，雙相不鏽鋼的确具有無比優越性。同時雙相不鏽鋼含鎳量低，也爲稀缺元素鎳的節約提供了途徑。
目前人們按特征元素（例如氮）、α與γ的兩(liǎng)相比例的變化、以及出現的年代，習慣地把雙相不鏽鋼分爲一代、二代和三代雙相不鏽鋼。一代雙相不鏽鋼鋼中不含氮且含碳量較高，二代和三代雙相鋼中均含有氮且均爲含C小于0.03%的超低碳型，而且固溶态母材鐵素體與奧氏體比例控制在接近1的水平上。
鐵鎳基耐蝕合金
鐵鎳基耐蝕合金按化學(xué)成(chéng)分特點分類，主要有Ni-Fe-Cr、Ni-Fe-Cr-Mo、Ni-Fe-Cr-Mo-Cu。Ni-Fe-Cr系合金中的名 牌号incoloy800于1949年問世，其耐應力腐蝕優于18-8型不鏽鋼，也優于inconei600等耐蝕合金。Ni-Fe-Cr-Mo-Cu系合金的進(jìn)展是從1Cr20Ni29Mo3Cu4不鏽鋼開(kāi)始的。主要爲解決耐硫酸腐蝕的需求，但随後(hòu)發(fā)現這(zhè)個鋼對(duì)晶間腐蝕敏感，1960年加入穩定化元素Nb,開(kāi)發(fā)出1Cr20Ni29Mo3Cu4Nb。鑒于1Cr20Ni29Mo3Cu4Nb在硫酸中産生應力腐蝕破壞，提高Ni含量到35%，1Cr20Ni35Mo3Cu4Nb于1960年問世。20世紀60年代國(guó)内爲解決CL離子、F離子強氧化性酸溶液和耐硫酸以及耐含CL離子、F離子的濕法磷酸的需求，研制成(chéng)功了00Cr26Ni35Mo3CuTi合金。
國(guó)内外主要鐵鎳基耐蝕合金 牌号發(fā)展過(guò)程和現狀
鎳基耐蝕合金
鎳基耐蝕合金由于高鎳量及較多的Cr、Mo等元素的複合作用，能(néng)夠用于不鏽鋼（包括鉻鎳奧氏體不鏽鋼）所不能(néng)勝任的腐蝕條件及苛刻而複雜的工業領域。如鹵化物會貫穿不鏽鋼上的表面(miàn)鈍化膜，此時，便需使用鎳基合金。鎳基高溫合金是在Cr20Ni80合金基礎上發(fā)展起(qǐ)來的。爲了滿足1000℃左右高溫熱強性（高溫強度、蠕變抗力、高溫疲勞強度)和氣體介質中的抗氧化、抗蝕性的要求，加入了大量的強化元素，如W、Mo、Ti、Al、Nb、Co等，以保證其優越的高溫性能(néng)。除具有固溶強化作用，高溫合金更依靠Al、Ti等與Ni形成(chéng)金屬間化合物γ'相(Ni3A或Ni3Ti)的析出強化，和部分細小穩定MC、M23C6碳化物的晶内彌散強化以及B、Zr、Re等對(duì)晶界起(qǐ)淨化、強化作用。加較多的Cr是進(jìn)一步提高高溫合金抗氧化、抗高溫腐蝕性能(néng)。鎳基高溫合金主要用于航空航天領域950~1050℃下工作的結構部件，如航空發(fā)動機的工作葉片、渦輪盤、燃燒室等。
鎳基耐蝕合金以抗液體介質（室溫，有時也可高于室溫）腐蝕能(néng)力爲其主要性能(néng)。含鎳量一般不超過(guò)70%，主要添加Cu、Cr、Mo、W等，以适應各種(zhǒng)不同化學(xué)性質的工作介質。加Cu提高Ni在還(hái)原性介質中的耐蝕性，以及在高速流動海水中均勻的鈍性；Cr賦予Ni在氧化條件（如HNO3、H2CiO4)下的抗蝕能(néng)力，以及高溫下的抗氧化、抗硫化的能(néng)力；Mo和W顯著提高鎳在還(hái)原性酸中的抗蝕性；在鎳合金中同時加入Cr、Mo，可同時改善其在氧化性介質和還(hái)原性介質中的耐蝕性。
鎳基耐蝕合金種(zhǒng)類
幾種(zhǒng)鎳基合金特性及應用
Monel合金特性及應用
哈氏合金的特性及應用
