机械工程的博客

什么是不锈钢? 性能及应用

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,其全球产量达到5200多万吨.

目前,许多行业都使用不锈钢. 除了传统的和海上的建筑, 家用电器的使用量也在增加.

而不锈钢则比 低碳钢,优异的性能提高了使用寿命,降低了使用周期成本. 因此,更大的前期成本会在更长的时间内获得回报.

This article will take a closer look at this metal and what makes it so popular in different industries.

什么是不锈钢?

BTE365真正的网站知道钢是铁和碳的合金,最大含碳量为2.1%. Stainless steels are a group of steels that are resistant to corrosion through the addition of alloying elements.

The term stainless steel is used to describe a family of about 200 alloys of steel with remarkable heat and corrosion resistance properties. 碳含量可以从0.03% to 1.2%.

它的特点是Chromium含量高. 不锈钢至少含有10个.5%的Chromium,提高其耐腐蚀性和强度.

合金中的Chromium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,本质上使合金具有防锈作用. This mechanism allows for retaining a spotless appearance for long periods under normal working conditions.

不锈钢的好处

70多年来,不锈钢在各种行业中都取得了巨大的成功. More applications are being discovered with every passing year as its advantages become more widely identified.

随着需求的增加,产量的增加使其比以往任何时候都更容易负担. 增加的需求导致可获得的标准和非标准尺寸. 此外,各种各样的 不锈钢完成 可供选择.

除了抛光表面,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100%可回收的. 事实上,一半的不锈钢产品都是由废铁制成的. 这使得它成为一种相对环保的材料.

Use-Cases

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同时要求的地方,它是首选的.

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,BTE365真正的网站几乎随处可见不锈钢.

Use-Cases因行业而异. 例如,它的用途包括制造手表的微小零件. 同时,具有一定表面光洁度的大型面板可以覆盖整个建筑.

音乐厅的不锈钢面板
华特迪士尼音乐厅

一些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

There are many grades and surface finishes of stainless steel available depending on the environment the metal is expected to withstand. 根据微观结构,可分为四大类.

奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢以奥氏体为主要组织. Austenite is a solid solution of iron and carbon that comes into existence above the critical temperature of 723°C. This family of stainless steels displays high toughness and impressive resistance to elevated temperatures.

70%的不锈钢是奥氏体. 它至少含有16%的Chromium和6%的Nickel.

Austenitic stabilisers are elements that are added to prompt the formation of austenite microstructure. 这种不锈钢等级是a级 非磁性金属 无法被 热处理. 耐腐蚀性能可以根据使用环境进行修改.

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铁素体不锈钢

铁素体钢通常只有Chromium作为合金元素. Chromium含量在10.5 to 18%. 它们具有平均的耐腐蚀性和较差的制造特性. 热处理方法也无助于硬化金属.

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. Chromium含量高,Nickel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,但铁素体级不如铁素体级. 它比铁素体硬度高,但比奥氏体硬度低.

马氏体不锈钢

这种不锈钢的碳含量高,Chromium含量低. 像铁素体一样,它也具有磁性. It does display poor weldability compared to other grades but it has higher hardenability and can be heat treated to improve properties.

马氏体不锈钢 will have lower corrosion resistance when compared with austenitic and ferritic grades with the same chromium and alloy content.

沉淀硬化不锈钢

这一亚群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如铝来实现的, Molybdenum, 铌, 钛, 和Copper.

通过热处理可获得较高的抗拉强度. 它含有Chromium和Nickel作为合金元素. 这些等级用于高速应用,如涡轮叶片.

不锈钢的等级

现在市场上有数百种不同等级的不锈钢. Choosing the right one for your application is important as their properties can be quite different from each other.

The AISI (American Iron and Steel Institute) system for naming stainless steel is still used by the industry. 编号系统使用以2、3或4开头的三位数.

200系列

本系列用于含Manganese的奥氏体牌号. 这些ChromiumManganese钢的Nickel含量很低(低于5%)。.

200系列在:

  • 洗衣机
  • 餐具
  • 食物 & 饮料设备
  • 汽车工业
  • 光晕设备等.

300系列

本系列用于含碳奥氏体不锈钢的命名, Nickel, Molybdenum作为合金元素. The addition of Molybdenum improves corrosion resistance in acidic environments while Nickel improves ductility.

AISI 304和316 这个系列中最常见的等级是什么. AISI 304也通常被称为18/8钢,因为它包含18%的Chromium和8%的Nickel.

不锈钢食品容器
不锈钢容器里的热食物

300系列不锈钢应用包括:

  • 食物 & 饮料工业
  • 汽车工业
  • 用于关键环境的结构
  • 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. 提供强度和高耐磨性的良好结合. 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的数字编码为1-字母+ 5-数字. 普通的AISI等级304有S30400作为其SAE名称. 而大多数等级都有一个指定, 新开发的排他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BTE365真正的网站材料性能概述 看一下每一个的更详细的解释.

不锈钢机械性能
来源: Matweb

 

屈服强度

取决于等级, stainless may exhibit high strength and low elongation or low strength and high elongation properties. 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好. It shows better fire resistance due to its high strength retention factor at elevated temperatures (above 500°C). 在300℃以上,它比碳钢具有更好的刚度保持系数.

抗拉强度

当涉及到 抗拉强度在美国,不锈钢优于铝、黄Copper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. 这些等级的抗拉强度是普遍存在的304和316等级的两倍. 特别是双相钢,具有很高的强度/延展性比.

耐低温

一些不锈钢等级非常擅长处理更广泛的温度范围. Austenitic steels display exceptional toughness and increased 抗拉强度 at sub-zero temperatures. 这扩大了它们的使用范围,为现代应用开辟了新的途径.

铁素体, 马氏体, 和沉淀硬化等级, 另一方面, 在低温下,它们的韧性会随着温度的下降而下降.

Ductility

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

较高的加工硬化速率

这种特性指的是金属通过冷加工过程提高强度的能力. 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. For example, the same grade may be used as a spring or a bendable wire by annealing and cold working.

导电性和磁性

不锈钢的电气性能
来源: Matweb

和所有金属一样,不锈钢导电. 然而,这种导电性是非常低的情况下,所有钢.

In industries where hygiene standards are high or the electrical appliance may be subjected to corrosive or humid environments, 不锈钢外壳用于保护.

奥氏体不锈钢是非磁性的, 然而, 冷加工可以用来诱导某些牌号的磁性. 所有其他类型都显示磁性.

不锈钢化学性能

化学性质使这种材料特别,并赋予它独特性.

高的抗氧化性能

This distinguishing property of stainless steel is responsible for its many unique applications in the industry. 高抗氧化性是不锈钢中含有Chromium的结果. 在某些等级中,Chromium的比例可高达26%.

其他金属可以用涂层和防腐涂料来保护,但一旦磨损, 腐蚀的开始. 对于不锈钢来说, any removal of the natural coating of chromium oxide due to surface damage is followed by the formation of a new coat on the exposed surface that prevents corrosion deterioration.

生物惰性

不锈钢是生物惰性的, 这使得它成为外科手术工具等医疗设备的合理选择, 创伤螺钉和钢板. 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. 抗酸能力因等级不同而不同. Some grades can resist highly concentrated acids while others may only be resistant to low concentrations.

碱性化合物和有机化合物也观察到类似的非反应性. 这使得不锈钢成为化学工业中非常适合用于存储的材料, 处理及其他流程.

不锈钢还能防潮, 盐, 硫, 二氧化碳和氯化物容易分解. 这使得它比大多数其他金属在一些恶劣环境中生存的时间更长.

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,它们可以用于各种应用程序.

Recyclability

如前所述,回收不锈钢制造新产品是可能的. This reduces the strain on the environment for our steel needs by requiring fewer raw materials as well as reducing waste formation.

Its non-biodegradable nature also prevents it from contaminating resources as it does not break down and seep into soil or water reservoirs.

易于操作

Stainless steel is highly machinable and workable permitting a designer to create complex shapes and products. 不锈钢BTE365真正的网站, 数控加工服务折弯等均可使用,无需任何专用设备.

Cleanability

不锈钢产品容易用家用清洁剂等无毒产品清洗, 肥皂或清洁剂. 这使它们在很长一段时间内保持新的外观,增加使用寿命.

This ultimately reduces wastage and makes the initial relatively expensive purchase worth it in the long run.

审美情趣

不锈钢产品光泽高,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. 它可以刷,雕刻,浮雕和着色效果.

合金元素

说到不锈钢,有大量的等级可供选择. 根据添加的合金元素不同,其性能会有很大的差异. It comes down to the requirements for the application to select the most suitable cost-effective option.

BTE365真正的网站看看可以添加什么合金元素,以及它们如何影响最终产品.

不锈钢的化学成分
来源: Matweb

 

Chromium

Chromium是不锈钢的主要合金元素. 它赋予了钢铁“不锈”的特性. The passive layer of chromium oxide along with the protection of the surface also blocks oxygen diffusion into the metal saving the metal’s internal structure from corrosion.

Chromium oxide ions are also similar in size to steel molecules resulting in a strong bond between the two. This enables the oxide ions to remain strongly attached to the surface under normal working conditions.

最少10个.要使钢材成为“不锈钢”,5%是必要的。. 然而,添加更多的Chromium是提高耐腐蚀性的常见方法.

Chromium also acts as a ferrite stabiliser causing the formation of the ferrite microstructure in the alloy.

Nickel

加入Nickel进一步提高了耐腐蚀性. 它也是奥氏体稳定剂,促使奥氏体的形成.

Adding 8-9% of Nickel obtains a fully austenitic structure which provides excellent welding properties. Further increasing the Nickel percentage brings about better properties for workability and corrosion resistance.

Copper

Copper also acts as an austenite stabiliser and improves the property of corrosion resistance and work-hardening.

Adding it produces stainless steel products that are suitable for cold working conditions necessary with screws and nails.

Silicon

Silicon addition improves stainless steel’s resistance to highly concentrated nitric and 硫ic acids. 它还促使铁素体的形成,使金属抗氧化.

Nitrogen

Nitrogen是一种奥氏体稳定剂,它提高了强度和局部耐腐蚀性. 局部腐蚀是指点蚀等现象, 缝隙腐蚀, 和inter-granular腐蚀.

Molybdenum

Molybdenum和钨改善了整体和局部的耐腐蚀性能. 前者是铁氧体稳定器,因此, 用于奥氏体合金, 必须与奥氏体稳定剂平衡,以保持奥氏体成分.

在马氏体不锈钢中加入Molybdenum也能提高高温强度. 钨和Molybdenum的掺入也改善了上述性能.

Manganese

Manganese提高了不锈钢的强度、韧性和淬透性. Manganese的加入有助于金属在热加工过程中表现得更好.

Manganese也促进了Nitrogen在不锈钢中的溶解, 因此, 添加Nitrogen以取代不锈钢中的Nickel.

Conclusion

Stainless steel brings along corrosion and heat resistance besides the conventional properties of steel. 它提供了钢铁的所有优点,同时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.

但它并不完全是防污渍的. 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使其不可逆转地染色.

尽管存在上述风险, 不锈钢是一种神奇的材料,对整个行业有着高度积极的影响. 由于有这么多等级不同的性能, 总有一个分数对一个申请来说是完美的. 为了确保投资的成本效益,明智地选择等级是至关重要的.

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