什么是不锈钢?性能及应用

对不锈钢的需求正以每年5%的惊人速度增长。2019年，其全球产量超过5200万吨。

目前，许多行业都采用不锈钢。除了传统建筑和海上建筑，家用电器的使用量也在增加。

而不锈钢比低碳钢，其优良的性能提高了使用寿命，降低了循环成本。所以更大的前期成本会在更长的时间内获得回报。

这篇文章将仔细研究这种金属，以及是什么让它在不同的行业如此受欢迎。

什么是不锈钢?

我们知道钢是铁和碳的合金，最大含碳量为2.1%。不锈钢是一组通过添加合金元素而耐腐蚀的钢材．

不锈钢这个术语用来描述大约200种具有显著耐热和耐腐蚀性能的合金。碳含量从0.03%到1.2%不等。

它的显著特点是铬含量高。不锈钢中至少含有10.5%的铬，可提高其耐腐蚀性和强度。

合金中的铬暴露在空气中会形成一层被动氧化层。这一层起到了防止进一步腐蚀的作用，本质上使合金防锈。这种机制允许在正常工作条件下长时间保持一尘不染的外观。

不锈钢的好处

70多年来，不锈钢在各个行业都取得了巨大的成功。随着它的优势被更广泛地发现，每年都有更多的应用被发现。

随着需求的增加，产量的增加使它比以往任何时候都更容易负担。增加的需求导致可提供标准和非标准尺寸。还有，各种各样的不锈钢完成可供选择。

除了抛光外，还有各种图案和彩色表面可供选择。这使得找到适合您需求的选项成为可能。

不锈钢也是百分之百可回收的。事实上，一半的不锈钢生产都是来自废铁。这使得它成为一种相对环保的材料。

用例

不锈钢是一种用途极为广泛的材料。在需要钢的性能和耐腐蚀性能的情况下，它是首选。

它的第一次使用是在餐具，但由于它的耐腐蚀性能。接下来，它进入了化学工业。今天，我们几乎随处可见不锈钢。

用例因行业而异。例如，它的用途包括制造手表的微小部件。同时，具有一定表面光洁度的大型面板可以覆盖整个建筑。

几个广泛使用不锈钢的行业:

• 食品和餐饮
• 化工和制药
• 医疗设备制造
• 建筑和建筑
• 家用电器
• 离岸和造船
• 汽车制造
• 能源和工业

不锈钢的种类

根据金属预期承受的环境，不锈钢有许多等级和表面处理。根据微观结构，可将其分为四大类。

奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢以奥氏体为主要组织。奥氏体是铁和碳的固溶体，在临界温度723℃以上才形成。这个系列的不锈钢显示高韧性和令人印象深刻的耐高温性能。

70%的不锈钢是奥氏体。它至少含有16%的铬和6%的镍。

奥氏体稳定剂是促进奥氏体组织形成的元素。这种不锈钢等级是a级非磁性金属而不能被热处理．耐腐蚀性能可以根据使用环境进行修改。

铁素体不锈钢

铁素体钢通常只有铬作为合金元素。铬含量在10.5 ~ 18%之间。它们的耐腐蚀性能一般，加工性能较差。热处理方法也无助于使金属硬化。

它们通常比奥氏体具有更好的工程能力。与奥氏体不同，它们具有磁性。它们还具有良好的抗应力腐蚀性能，从而降低腐蚀性物质穿．

双相不锈钢

双相是奥氏体和铁素体不锈钢的混合物。因此，它具有它的两个组成部分的性质。铬含量高，镍含量低。双相不锈钢具有较高的抗拉强度和良好的焊接性，具有独特的优点。

它表现出良好的抗应力腐蚀性能，但不像铁素体级那么好。其硬度高于铁素体，但低于奥氏体。

马氏体不锈钢

这种不锈钢的碳含量高，铬含量低。像铁素体一样，它也具有磁性。与其他牌号相比，它的确表现出较差的可焊性，但它具有较高的淬透性，可以通过热处理来改善性能。

与铬和合金含量相同的奥氏体和铁素体牌号相比，马氏体不锈钢的耐腐蚀性较低。

沉淀硬化不锈钢

这个亚组提供了奥氏体和马氏体性质的组合。硬化是通过添加一种或多种元素来实现的，如铝、钼、铌、钛和铜。

通过热处理可获得较高的抗拉强度。它含有铬和镍作为合金元素。这些等级用于高速应用，如涡轮叶片。

不锈钢的牌号

现在市场上有数百种不同等级的不锈钢。为您的应用程序选择正确的选项是很重要的，因为它们的属性可能彼此非常不同。

美国钢铁协会(American Iron and Steel Institute)为不锈钢命名的系统仍然被工业使用。编号系统使用以2、3或4开头的三位数字。

200系列

本系列适用于含锰的奥氏体。这些铬锰钢的镍含量很低(低于5%)。

200系列在:

• 洗衣机
• 餐具
• 食品及饮料设备
• 汽车工业
• 光晕设备等。

300系列

该系列用于以碳、镍、钼为合金元素的奥氏体不锈钢命名。钼的加入提高了酸性环境下的耐腐蚀性能，而镍的加入提高了塑性。

AISI 304和316是这个系列中最常见的等级。AISI 304也通常被称为18/8钢，因为它包含18%的铬和8%的镍。

300系列不锈钢应用包括:

• 食品饮料行业
• 汽车工业
• 关键环境的结构
• 医疗器械
• 珠宝等。

400系列

铁素体和马氏体合金构成了这个系列的不锈钢。这些牌号可用于热处理。提供良好的强度和高耐磨性的结合。但耐腐蚀性能低于300系列。

400系列的应用包括:

• 农业设备
• 电机轴
• 燃气轮机部件等。

SAE的成绩

UNS采用1-字母+ 5-数字的数字编码来标识不锈钢。普通的AISI 304级SAE编号为S30400。虽然大多数等级都有一个指定，但新开发的专属等级可能由其所有者命名，没有任何SAE代码。

不锈钢机械性能

如果您不确定下面讨论的属性意味着什么，您可以检查我们的材料性能概述看一个更长的解释，每一个。

屈服强度

根据等级的不同，不锈钢可能表现出高强度低伸长率或低强度高伸长率的性能。在屈服强度方面，它们与碳素钢相比非常好。

高温强度

在较高的温度下，不锈钢的性能比其他碳钢要好。在高温下(500°C以上)具有较高的强度保持系数，具有较好的防火性能。在300℃以上，它的刚度保持系数也比碳钢好。

抗拉强度

当涉及到抗拉强度在美国，不锈钢优于铝、黄铜和低碳钢等材料。

最高的抗拉强度出现在析出硬化和马氏体级。这些等级可以有拉伸强度是无处不在的304和316等级的两倍。特别是双相钢，具有很高的强度/塑性比。

耐低温

一些不锈钢等级非常擅长处理更广泛的温度范围。奥氏体钢在零下温度下表现出非凡的韧性和增加的抗拉强度。这扩大了它们的使用范围，为现代应用开辟了新的途径。

另一方面，铁素体、马氏体和沉淀硬化品系在低温下的表现不如低温时好，因为它们的韧性随着温度的下降而下降。

延性

不同牌号不锈钢的延性可以有显著差异。有些品级具有很高的延展性，允许使用费力的拉深工艺。

更高的加工硬化速率

这种特性指的是金属通过冷加工提高其强度的能力。不锈钢可以退火和冷加工，以操纵其强度到所需的水平。

这意味着同一个等级可以通过改变其强度在多个应用中使用。例如，通过退火和冷加工，同样的等级可以用作弹簧或可弯曲的金属丝。

导电性和磁性

和所有金属一样，不锈钢也导电。然而，这种导电性是非常低的情况下，所有的钢。

在卫生标准较高或电器可能受到腐蚀或潮湿环境的行业，不锈钢外壳用于保护。

奥氏体不锈钢是无磁性的，然而，在某些等级中，冷加工可以用来诱导磁性。所有其他类型显示磁性。

不锈钢化学性能

化学性质是这种材料的特殊之处，并赋予它独特性。

高的抗氧化性能

不锈钢的这一特性使其在工业上有许多独特的应用。高抗氧化性是不锈钢中铬的结果。某些品级的铬含量可达26%。

其他金属可以用涂层和防腐蚀涂料来保护，但一旦涂层失效，腐蚀就开始了。在不锈钢的情况下，任何由于表面损伤而导致的天然氧化铬涂层的去除，都要在暴露的表面形成一层新的涂层，以防止腐蚀恶化。

生物惰性

不锈钢具有生物惰性，因此它是外科手术工具、创伤螺钉和钢板等医疗设备的合理选择。这一特性也使它成为餐具产品和厨房电器的理想金属。

耐酸碱和有机材料

不锈钢耐多种化合物。它耐酸、碱和有机化合物。对不同等级的酸的耐受性不同。有些等级可以抵抗高浓度的酸，而另一些可能只能抵抗低浓度。

碱性化合物和有机化合物也观察到类似的非反应性。这使得不锈钢在化学工业的储存、处理和其他过程中成为非常合适的材料。

不锈钢还能轻松抵抗潮湿、盐、硫、二氧化碳和氯化物。这使得它比大多数其他金属在一些恶劣的环境中存活的时间更长。

其他属性

重要的性质不仅限于机械和化学。下面的列表中还有其他一些应用程序，它们对各种应用程序都很有用。

再循环能力

如前所述，回收不锈钢制造新产品是可能的。这减少了对环境的压力，我们的钢铁需求需要更少的原材料和减少废物的形成。

它不可生物降解的特性也防止了它污染资源，因为它不会分解并渗入土壤或水库。

易于操作

不锈钢具有高度的可加工性和可操作性，允许设计师创造复杂的形状和产品。不锈钢激光切割世界杯2022预选赛分组卡塔尔世界杯夺冠排行榜，2022年世界杯抽签 折弯等均可使用，无需任何专用设备。

除尘力

不锈钢产品很容易用家用无毒产品清洗，如洗涤剂，肥皂或清洁液。这使它们在很长一段时间内保持新的面貌，增加使用寿命。

这最终减少了浪费，并使最初相对昂贵的购买从长远来看是值得的。

审美情趣

不锈钢产品具有高光泽，是外露表面的理想选择。它是宽的各种各样的完成从明亮到无光。它可以被刷，雕刻，浮雕，着色，以达到效果。

合金元素

说到不锈钢，有大量的牌号可供选择。根据添加的合金元素的不同，性能会有很大的不同。归根结底，要根据应用程序的要求，选择最合适的性价比方案。

让我们看看可能添加什么合金元素，以及它们如何影响最终产品。

铬

铬是不锈钢的主要合金元素。它赋予了钢铁“不锈”的特性。氧化铬的钝化层以及表面的保护层也阻止氧气扩散到金属中，从而避免了金属内部结构的腐蚀。

氧化铬离子的大小也与钢分子相似，因此两者之间有很强的结合。这使得氧化物离子能够在正常工作条件下强烈地附着在表面上。

要使一种钢材成为“不锈钢”，至少要达到10.5%。然而，添加更多的铬通常可以提高耐腐蚀性。

铬还作为铁氧体稳定剂，导致合金中铁氧体组织的形成。

镍

加入镍进一步提高耐腐蚀性能。它也是奥氏体稳定剂，促使奥氏体的形成。

加入8-9%的镍可获得完全的奥氏体组织，具有优良的焊接性能。进一步提高镍含量，可获得更好的加工性能和耐腐蚀性能。

铜

铜也作为奥氏体稳定剂，并提高耐腐蚀性能和加工硬化。

此外，它还生产适用于螺钉和钉子所需的冷工作条件的不锈钢产品。

硅

添加硅可以提高不锈钢对高浓度硝酸和硫酸的抵抗力。它还促使铁素体的形成，使金属抗氧化。

氮

氮是一种奥氏体稳定剂，它提高了强度和局部耐腐蚀性。局部腐蚀是指点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等现象。

钼

钼和钨改善了整体和局部的耐腐蚀性能。前者是铁素体稳定剂，因此，当用于奥氏体合金时，必须与奥氏体稳定剂平衡，以保持奥氏体成分。

当添加到马氏体不锈钢中时，钼也能提高高温强度。钨中加入钼也能改善上述性能。

锰

锰可以提高不锈钢的强度、韧性和淬透性。锰的加入有助于金属在热加工过程中表现得更好。

锰也促进氮在不锈钢中的溶解，因此，可以添加锰以氮取代不锈钢中的镍。

结论

不锈钢除了具有钢的常规性能外，还具有耐腐蚀和耐热性。它既有钢铁的所有优点，也有它自己的一些优点。不易腐蚀，更能承受恶劣环境，使用寿命更长。

但说它能防污渍也不完全是真的。首先，抗腐蚀能力取决于等级。然而，异常的环境条件，如低氧，循环不良和高盐度可能会使其不可逆转地染色。

尽管存在上述风险，但不锈钢是一种神奇的材料，对整个行业产生了高度积极的影响。由于有这么多具有不同性质的等级，总有一个等级是完美的应用程序。为了确保投资的成本效益，明智地选择等级是至关重要的。