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不锈钢板材料的性能主要可以分成两种,分别是化学性能和物理性能。
不锈钢板
其中化学性能为不锈钢板和别的物质发生化学反应的特性。在实际应用中主要考虑不锈钢板的耐腐蚀性能、抗氧化性能(也叫做氧化抗力,这是特别指不锈钢板在高温时对氧化作用的抵抗能力或是稳定性),还有不同金属材料间、不锈钢板和非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等等。在不锈钢板的化学性能中,特别是抗蚀性对材料的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。
不锈钢板的物理性能常考虑以下几点。其一是密度(比重),即ρ=P/V 单位克/立方厘米或吨/立方米,式中P为重量,V为体积,在实际应用中,除了依据密度计算不锈钢板零件的重量外,很重要的一点是考虑不锈钢板的比强度(强度σb与密度ρ之比)来帮助选材,以及和无损检测相关的声学检测中的声阻抗(密度ρ与声速C的乘积)和射线检测中密度不同的物质对射线能量有不同的吸收能力等等。
第二个是熔点,它是金属由固态转变成液态时的温度,对金属材料的熔炼、热加工有直接影响,并与材料的高温性能有很大关系。
第三个是热膨胀性能,随着温度变化,材料的体积也发生变化(膨胀或收缩)的现象称为热膨胀,多使用线膨胀系数来衡量,也就是即温度变化1℃时,材料长度的增减量和其0℃时的长度之比。热膨胀性与材料的比热有关。在实际应用中还要考虑比容(材料受温度等外界影响时,单位重量的材料其容积的增减,即容积与质量之比),特别是对于在高温环境下工作,或者在冷、热交替环境中工作的金属零件,必须考虑其膨胀性能的影响。
第四个是磁性,可以吸引铁磁性物体的性质即为磁性,它反映在导磁率、磁滞损耗、剩余磁感应强度、矫顽磁力等参数上,从而可以把金属材料分成顺磁与逆磁、软磁与硬磁材料。
第五个是电学性能,这主要是考虑其电导率,在电磁无损检测中对其电阻率和涡流损耗等都有影响。
马氏体—碳化物钢Fe-C合金的并析点的含碳为0.83%,在不锈钢中由于铬使S点左移,含12%铬和大于0.4%碳的钢(图11-3),以及含18%铬和大于0.3%碳的钢(图卜)3)均属于过共析钢。这类钢在正常淬火温度加热,次生碳化物不能溶于奥氏体,因此淬火后的组织为马氏体和碳化物组成。属于这一类的不锈钢牌号不多,却是一些含碳比较高的不锈钢,如4Crl3、9Cr18、9Crl8MoV 、9Crl7MoVCo钢等,含碳量偏上限的3Crl3钢在较低的温度下淬火,也可能出现这样的组织。由于含碳量高,上述9Cr18等三个钢号中虽含有较多的铬,但其耐腐蚀性能仅与含12~14%锗的不锈钢相当。这类钢的主要用途是要求高硬及耐磨的零件,如切削工具、轴承、弹簧及医疗器械等。
不锈钢的发明和使用,要追溯到次世界大战时期。英国科学家亨利·布雷尔利受英国政府军部工厂委托,研究的改进工作。那时,用的步枪枪膛易磨损,布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢。布雷尔利发明的不锈钢于1916年取得英国专利权并开始大量生产,至此,从垃圾堆中偶然发现的不锈钢便风靡,亨利·布雷尔利也被誉为“不锈钢之父”。次世界大战时,英国在战场上的枪支,总是因枪膛磨损不能使用而运回后方。军工生产部门命令研制高强度耐磨合金钢的布雷尔利,专门研究解决枪膛的磨损问题。布雷尔利和其助手搜集了国内外生产的各种型号的钢材,各种不同性质的合金钢,在各种不同性质的机械上进行性能实验,然后选择出较为适用的钢材制成枪枝。一天,他们实验了一种含大量铬的国产合金钢,经耐磨实验后,查明这种合金并不耐磨,说明这不能制造枪支,于是,他们记录下实验结果,往墙角一扔了事。几个月后的一天,一位助手拿着一块锃光瓦亮的钢材兴冲冲跑来对布雷尔利说:“先生,这是我在清理仓库时发现的毛拉先生送来的合金钢,您是否实验一下,看它到底有什么作用!”“好!”布雷尔利看着光亮耀眼的钢材,高兴地说。
铬使铁基固溶体的电电位提高铬吸收铁的电子使铁钝化钝化是由于阳反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多,主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。碳在不锈钢中的两重性碳是工业用钢的主要元素之一,钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式,在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面,一方面碳是稳定奥氏体的元素,并且作用的程度很大(约为镍的30倍),另一方面由于碳和铬的亲和力很大,与铬形成—系列复杂的碳化物。所以,从强度与耐腐烛性能两方面来看,碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。