|
小时候，老爸从上海带回来一个不锈钢杯子。 我很喜欢，常用这个杯子泡茶，仿佛每一片叶子都散发着清香。 后来离家上学，我还是喜欢不锈钢杯子，和玻璃与陶瓷杯相比，它最大的好处是不容易摔坏。 但是其实这么多年了，我都不太明白不锈钢为什么不生锈，也从来没有想过不锈钢是不是真的不生锈。 上次我写了一篇关于奥氏体和马氏体不锈钢的文章，然后知乎上有伙伴咨询我，说自己买的不锈钢杯子，内胆材质是403不锈钢，问我安不安全，也有伙伴问我，平常生活中，哪种材质餐具比较好，304可以，问我410可以吗，还有伙伴只是想了解带磁性的厨房刀具。 我本来是准备回答这几个问题的，但是我发现有必要先有一些基础的概念，所以这篇就当作是回答知乎朋友问题的前奏篇吧。 1.什么是不生锈？它真的不生锈吗？ 正如铝合金是以铝为基础元素的合金一样，其实不锈钢也是一种合金，只不过它是以铁为基础元素的合金。 不锈钢的合金元素包括铬，镍，碳，钛等。 其中，铬的加入，是不锈钢不生锈的关键。 这是由铬元素的特性决定的。 不锈钢中，铬含量至少约为10.5％，它可以在不锈钢的表层，形成一层保护性的自修复氧化膜，这就是为什么不锈钢耐腐蚀的原因。 所谓自修复，意思是说，如果保护膜受到破坏，它将在有氧的环境中重新形成氧化膜，并继续提供防腐保护。 所以很多时候，我们在选择表面处理时，常用镀铬，或者镀锌，特别是对于马氏体不锈钢，更是如此。 当然实际应用时，选择镀锌的时候更多，因为更便宜啊，世界上每年生产1200万吨锌，有一半都用于镀锌。 这和碳钢或低合金钢，使用表面涂层防腐的原理并不相同，因为这类钢的表面涂层刮伤之后，防腐蚀性就大大削弱，甚至没有了。 那么，不锈钢是不是真的就不生锈呢？ 当然不是，不锈钢不生锈也是有条件的。 在大部分常规条件下，不锈钢具有抗腐蚀性能，但并不是在所有环境下都不生锈。 例如在高温下，含50％的硫酸和盐酸环境中，将会发生严重的腐蚀，致使金属表面的保护膜破裂。 当然，我们也可以通过添加其他合金元，来提高抗腐蚀能力，比如，钼和铬增加了抗氯化物渗透的能力，镍可改善某些酸性环境下的抗腐蚀能力。 2.不锈钢腐蚀的几种类型 不锈钢有很多的腐蚀类型，比如点腐蚀，缝隙腐蚀，应力腐蚀，电腐蚀，接触腐蚀等。 这里我只说几个在一般环境下容易出现的腐蚀。 （1）普通腐蚀 普通腐蚀通常是均匀地溶解材料，比如在化工厂中使用不锈钢来盛装强酸时。 （2）点腐蚀 点腐蚀，就是由一点开始慢慢向外扩散的腐蚀。 在强硫酸环境中，在高浓度氯化物，例如海水氯化钠环境中，或者在中高温酸性环境，都容易发生点腐蚀，造成管路，接头等的漏气，漏水等问题。 点腐蚀一旦开始，就容易继续发展下去，因为点腐蚀部分和未腐蚀部分存在电势差。 在许多情况下，可以使用316和317不锈钢，来增强抗点腐蚀能力。此外，粗糙度小于0.5um的表面，有更好的抗点腐蚀能力。 （3）裂缝腐蚀 缝隙腐蚀是由氧气浓度在缝隙的局部差异引起的。 裂缝腐蚀与金属表面，垫圈，接头等缝隙中的沉积物有关，在此处，少量液体会聚集并停滞，诱发裂缝腐蚀。 据报道，木材，塑料，橡胶，玻璃和活性生物等均会引起缝隙腐蚀，一旦在缝隙内开始侵蚀，其发展很快，尤其是在氯化物环境中。 所以，通常使用含钼的不锈钢，比如316，317，来最大程度地减少裂缝腐蚀。当然，最佳解决方案还是消除缝隙的设计。 （4）应力腐蚀 应力腐蚀是由拉伸应力和腐蚀的共同作用引起的。 众所周知，许多合金都会经历应力腐蚀开裂，比如氨中的黄铜，硝酸盐溶液中的碳钢，海水中的铝合金等。 不锈钢在氯化物环境中容易受到应力腐蚀而开裂。 目前，应力腐蚀的机理还不完全清楚，但通过实验和经验已经找到了减小应力腐蚀的方法。 比如，使用双相不锈钢2205，可以提高抗应力腐蚀能力，因为它对氯化物应力腐蚀开裂具有优异的抵抗力。 3.不锈钢的分类 根据不同的微观组织结构，不锈钢可以分为马氏体，奥氏体，铁素体，及双相不锈钢（奥氏体和铁素体双相）。 不同种类的不锈钢铬镍含量 不锈钢家族 奥氏体不锈钢和双相不锈钢 奥氏体不锈钢 （1）奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢至少含有16%的铬，和6%的镍。 例如，著名的304不锈钢就是奥氏体不锈钢，它含有18%的铬和8%的镍，也称为18/8不锈钢。镍的加入，可以使得奥氏体不锈钢在低温下也可以使用，而不至于脆断（低温硬脆）。 奥氏体不锈钢分为3系列和2系列不锈钢，300系列不锈钢，是含铬和镍的不锈钢，而200系列不锈钢，则是含铬，镍和锰的不锈钢。 此类不锈钢可以通过冷加工来硬化，但不能通过热处理来硬化。 在退火状态下，奥氏体不锈钢基本上都是非磁性的，但也有一部分可能会因为冷加工而变得略带磁性。 奥氏体不锈钢具有出色的耐腐蚀性，优异的成型性。 常用的奥氏体不锈钢有303，304，316，317等。 304不锈钢：它可以承受建筑中的普通锈蚀，可以抵抗食品加工环境（高酸和氯化物高温条件除外），还可以抵抗有机化学物质，染料和多种无机化学物质。 304 L不锈钢（L=Low，低碳）：在中等温度和浓度下能很好地抵抗硝酸和硫酸，广泛用于存储液化气，家用电器和其他消费品，像厨房设备，医院设备。 316不锈钢：此类不锈钢比304不锈钢含有更多的镍和2-3％的钼，所以比304不锈钢具有更好的耐腐蚀性，尤其是在易于引起点蚀的氯化物环境中。 317不锈钢：含有3-4％的钼，并且比316含有更多的铬，可以更好地抵抗点蚀和缝隙腐蚀。 （2）铁素体不锈钢 铁素体不锈钢，是直铬400系列不锈钢，它们含有10.5%－25%的铬，具有中等强度的抗腐蚀性能和较差的加工性，比如430，409就是铁素体不锈钢。 此类不锈钢不能通过热处理进行硬化，而只能通过冷加工进行中等程度的硬化，它们是导磁的，具有良好的延展性，并具有抗腐蚀和抗氧化性。 430是最基本的铁素体不锈钢。 铁素体和马氏体不锈钢 铁素体不锈钢 （3）马氏体不锈钢 马氏体不锈钢是400系列不锈钢，它的主要合金元素也是铬，相比于铁素体不锈钢，马氏体不锈钢的碳含量较高，而铬含量较低，例如410和416只含有12%的铬。 这类合金可以通过热处理进行硬化，有磁性，具有中等抗腐蚀性能。 并且它们具有相当好的延展性，热处理后可以使其抗拉强度达到1379 MPa。 马氏体不锈钢 410不锈钢是马氏体不锈钢系列的基本合金，它在三种通用不锈钢中具有最低的合金含量，一般用于需要强度和耐腐蚀性相结合的高应力零件，例如紧固件。 410不锈钢在温和的大气，蒸汽和许多温和的化学环境中具有抗腐蚀能力。 （4）双相不锈钢（奥氏体＋铁素体） 双相不锈钢的微观结构是奥氏体和铁素体的混合，所以它即具有奥氏体不锈钢，也具有铁素不锈钢的特性。 比如，虽然不如铁素体不锈钢抗应力腐蚀能力强，但是它也有很高的耐氯化物应力腐蚀开裂性能，具有出色的抗点蚀和缝隙腐蚀性能，并且其屈服强度约为传统不锈钢的两倍。 329型和2205型是典型的双相合金。 此外，一般双相不锈钢的耐蚀性，等于或优于304和316，并且总体而言，其抗点蚀耐性优于316，因为这些合金含铬量非常高，有大约22％至25％的Cr。 （5）沉淀硬化不锈钢 这些也是铬镍钢，最大优点是可以在“固溶处理”条件下提供很高的拉伸强度。该组中最常见的是“17-4 PH”，也称为630不锈钢，其成分为17％铬，4％镍，4％铜和0.3％铌。 不锈钢性质对比 4.303，304，316，420，440常用不锈钢的特性 303，304，316这三种不锈钢都是奥氏体不锈钢，主要合金元素是铬和镍，大多数时候没有磁性，冷加工后略带磁性，机械物理性能差不多，主要区别在于抗腐蚀性和价格上。 而410，420，440，440C则属于马氏体不锈钢，这类不锈钢主要合金元素是铬，不含有镍元素，总体抗腐蚀性能没有奥氏体不锈钢好，有磁性。 常用不锈钢性能对比 说好的不锈钢大全 304不锈钢的铬含量最少为18％，镍的含量至少为8％，因此其别名为18/8不锈钢。这种不锈钢具有优异的抗氧化和抗腐蚀性，是用途最广，最常见的奥氏体不锈钢，与316不锈钢相比，304成本更低。 303是在304的基础之上加了硫或者硒，硫或硒的添加提高了切削性，其成分至少包含17％的铬，8％的镍和0.15％的硫或硒。硫的加入会稍微降低耐腐蚀性，但增加了可加工性，这就是为什么要在紧固件，衬套，轴承和其他较小的零件中使用它的原因。 316不锈钢至少包含16％的铬，10％的镍和2％的钼。304和316不锈钢之间的主要区别在于，316不锈钢含钼。 钼的添加提高了耐腐蚀性，因为钼是一种过渡金属，具有很高的耐蚀性，它还使316不锈钢具有高达871℃的高耐热性。如果环境中含有大量腐蚀性元素，或者在水下的应用，首选316不锈钢。 410不锈钢是最常用的马氏体不锈钢之一，它包含约12％的Cr，因此具有中等的耐腐蚀性。与奥氏体（如AISI304和AISI316）不同，马氏体具有磁性，可以通过碳钢和低合金钢之类的热处理进行硬化。 420不锈钢基本上是410的高碳版本，可提供更高的强度，具有一定的耐磨性，耐腐蚀性和高硬度。此类不锈钢用于制造耐大气，水蒸气，水和氧化性酸的零件，比如轴承，仪器仪表，家用电器，导轨等。 440，440C是高碳高铬马氏体不锈钢，440具有高强度，良好的硬度，耐腐蚀性，耐磨性和高温尺寸稳定性。440不锈钢可以采用与合金钢相同的方式进行淬火和回火。440C，由于其较高的退火硬度和磨料碳化铬而难以加工。 440和440C不锈钢用于在腐蚀性环境中工作的轴承零件，还可以用于制造高质量的工具，例如医用手术刀，外科和牙科器械，弹簧，餐具，凸轮，球轴承，测量工具等。 好了，关于一般的不锈钢，我们就先说到这里吧。 那么，到底什么是什么是食品级不锈钢？和一般不锈钢有什么区别？ 常见的食品级不锈钢有哪些？如何分辨不锈钢是不是食品级不锈钢？ 怎么选择不锈钢餐具和杯具？什么是最健康的餐具？什么不锈钢是最好的餐具？ 使用不锈钢餐具应该注意什么问题？如何维护和清洁不锈钢餐具？ 别急，这不是今天要说的，我们有的是时间慢慢聊，毕竟写作这件事是为了终身成长。 码字不易，如果本文对你有帮助，可以在右下角点击在看，以帮助更多的朋友，哈哈哈，我就是这么乐于分享。 相关阅读： 1.6061-T6和7075-T651有什么区别？让我们重新认识铝合金
4 K/ X; M$ f( V* m* b% O2.刚度，强度，硬度，韧性有什么区别？机械工程师必须熟知的13大材料性能
# F; w0 O, t$ R3 w* W9 s5 S! w3.什么是奥氏体不锈钢？什么是马氏体不锈钢？两者有什么区别，有哪些应用？ & ^; i0 W/ s) H% Z7 f
拓展阅读（在公众号［罗罗日记］后台回复“不锈钢”可以获取以下文档）： 1.《Design Guidelines For The Selection And Use Of Stainless Steel》, NICKEL DEVELOPMENT INSTITUTE courtesy of AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE AND SPECIALTY STEEL INSTITUTE OF NORTH AMERICA 2.《Tables of Technical Properties》, The European Stainless Steel Development Association 3.《Introduction to Stainless Steels》，ASM International 4.《Technical Handbook of Stainless Steels》，Atlas Steels 5.《Stainless Steel Grade Datasheets》 ，Atlas Steels , X9 B8 _9 l9 i# H( e
American Iron and Steel Institute＝AISI Unified Numbering System＝UNS American Society for Testing and Material＝ASTM Society of Automotive Engineers＝SAE 3 u1 T6 n: Z3 E6 k/ a6 ?
| 
[复制链接]
发表于 2020-12-20 11:19:38
QQ好友和群
收藏
淘帖
问题专业，描述清楚
伸手党/灌水/看不懂
楼主
