问工程师:精通奥氏体不锈钢性能
多功能强韧奥氏体不锈钢——甚至在极低温或高温下
不锈钢称"不锈"因其防锈。钢含特定比例铁碳:添加铬元素将其从钢转为不锈钢。从这三基本元素起,冶金学家创造了巨大范围不锈钢。合金金属类型、合金配方、热处理、后处理工序构成每个牌号描述。这些规格分为四大亚型:奥氏体、铁素体、马氏体、双相钢。皆有用,但奥氏体钢以卓越实用性脱颖而出。70%不锈钢制品由奥氏体不锈钢制成。
铬通过快速氧化使不锈钢耐腐蚀。形成密封"钝化层"保护铁基金属不生锈。奥氏体不锈钢额外含镍合金元素,赋予强度和延展性。
奥氏体不锈钢性能
奥氏体不锈钢有许多有用性能:
- 高度耐腐蚀
- 耐用
- 成形性好
- 可焊
- 极低温不脆化
- 热强范围比其他不锈钢类型大
- 热膨胀系数大于马氏体和铁素体不锈钢
- 热导率低于马氏体牌号
- 通常无磁性;冷加工后微磁性
这些性能使奥氏体不锈钢多功能理想用于厨房食品加工设备、实验室医院、户外场所设施幕墙、炉子熔炉、换热器等。商业常见300系列,含常用304、316牌号,均为奥氏体钢。
奥氏体钢有这些有用性能源于其分子结构。但创造维持钢中奥氏体分子昂贵。故仅在需增强性能处使用。
奥氏体微观结构
金属从熔融态冻结时结晶形成相互连接晶格的晶粒。晶体结构决定金属许多力学性能。
影响微观结构因素多:晶格内材料、金属多热多快冷、是否后续热处理。奥氏体合金具有"面心立方微观结构"。晶格由紧密堆积单元组成。面心奥氏体分子仅在铁熔融态出现在低碳钢中。冶金学家添加镍到合金中,此结构可在金属冷却时保持。
面心立方结构每个单元角上有原子,每个立方面中心也有原子。正是每个立方面中心的原子赋予奥氏体钢性能。单元原子密度给予强度。许多其他钢和不锈钢结构较疏松,无立方面中心原子。
奥氏体不锈钢无磁性因每个单元原子能找到异性电荷配对。
奥氏体不锈钢:适合极低温应用
面心立方结构因单元额外原子强度在极端温度下更坚韧。
奥氏体不锈钢是唯一不脆化易断裂的不锈钢类型。即使<-180℃,材料保持韧性和延展性。受击时分子可滑过彼此而不破碎。
对比下,体心立方结构通常有"转变温度",低于此温度机械应力下材料破碎。称低温脆化。
耐热性或热强度
金属加热时软化,至熔点。软化越慢热强度越高。奥氏体不锈钢在900-1000℉开始失去强度但比其他不锈钢类型慢。马氏体和铁素体不锈钢连续使用温度1300-1500℉。奥氏体310不锈钢最高连续使用温度2100℉。
金属的复杂性
金属独特材料性能源于原子晶格形成。这些晶粒受金属生产许多不同方面影响。
铁合金碳生成钢,产生强、延展但易锈合金。添加铬助形成钝化氧化层防锈。1674-2541℉热处理时碳渗透晶格,不锈钢获得更大延展性和强度。唯一在室温维持此结构方法是合金中有镍和/或锰。这些添加为面心立方单元提供化学支架。有所有这些元素,奥氏体不锈钢诞生:无磁、耐冷耐热、延展、可焊。
韧性奥氏体不锈钢在许多工业环境持续工作。其力学性能使其成为不锈钢牌号中最流行选择。但添加镍锰使奥氏体钢更贵:新型双相钢交替奥氏体和铁素体,倾向具有两者部分性能。非极端环境下是获得部分奥氏体钢优势的更廉价方式。但极低温应用、锅炉、换热器、蒸汽管线等高热强度场合,奥氏体不锈钢将仍是最热门选择。
金属