奥氏体不锈钢：力学性能、耐蚀性及应用范围

不锈钢的化学成分、热处理工艺、力学性能可直接查阅国家标准GB/T 1220—2007。

（1）奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢是不锈钢中牌号最多、应用范围最广，也是最重要的一类。其特点是：无磁、塑性好、冷热加工性能优良，其成分中一般含有较高的铬、镍以及其他耐蚀元素。因此，奥氏体不锈钢具有优良的力学性能、工艺性能和良好的耐蚀性。在机械密封使用的金属材料中，奥氏体不锈钢应用最为广泛。

奥氏体不锈钢的耐蚀性：一般的18—8型Cr-Ni奥氏体不锈钢在氧化性介质中（如大气、稀浓度和中等浓度的硝酸以及浓硫酸等）是耐蚀的，而在还原性介质中（如盐酸、亚硫酸、沸腾冰醋酸）是不耐蚀的。在过钝化条件下，18—8型奥氏体不锈钢是不耐蚀的，这时应选用含硅量高的奥氏体不锈钢，如00Cr14Ni14Si4、00Cr18Ni14Si4、00Cr18Ni20Si6及0Cr20Ni24Si4Ti等。

图2-1、图2-2为00Cr19Ni11、00Cr18Ni14Si4不锈钢在硝酸中的腐蚀率曲线。

图2-1 00Cr19Ni11在不同浓度和温度下的腐蚀率

图2-2 00Cr18Ni14Si4在80℃硝酸中的腐蚀率

在硝酸中，含钼的奥氏体不锈钢不耐腐蚀，尤其在沸腾的硝酸中更是如此，因此，含钼的奥氏体不锈钢通常不在硝酸中使用。

含钼的不锈钢在有机酸和某些还原性酸中有较好的耐蚀性，含钼、铜、硅的奥氏体不锈钢在硫酸介质中有较好的耐蚀性，如ZG1Cr24Ni20Mo2Cu3以及CN-7M（AC1牌号）奥氏体不锈钢被广泛应用于硫酸介质中，有些合金含量（质量分数）大于50%的耐蚀合金，如2RK65、K合金、Carpenter20等也是奥氏体基体，应用于高温、高浓度的硫酸介质中，具有较好的耐腐蚀性能。

图2-3、图2-4所示是奥氏体不锈钢在硝酸中的耐蚀性。

奥氏体不锈钢在盐酸中一般是不耐蚀的，只有在极稀的盐酸中才有钝化能力。

18-8型Cr-Ni奥氏体不锈钢在碱性介质中，如NaOH、KOH等，在相当宽的浓度和温度范围内，有着良好的耐蚀能力。

表2-18、表2-19为1Cr18Ni9和00Cr17Ni14Mo2奥氏体不锈钢的耐蚀性数据。

图2-3 各种奥氏体不锈钢在硝酸中的耐蚀性 注：（影线区腐蚀率为＜0.1mm/a）。

图2-4 室温下含钼奥氏体不锈钢在硝酸中的耐蚀性

表2-18 1Cr18Ni9奥氏体不锈钢的耐蚀性数据

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表2-19 00Cr17Ni14Mo2不锈钢的耐蚀性数据

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注：1.奥氏体不锈钢的牌号、化学成分参照标准GB/T 1220—2007。

2.奥氏体不锈钢的热处理工艺及其力学性能参照标准GB/T 1220—2007。

（2）奥氏体—铁素体双相不锈钢 这类钢的特点是具有奥氏体和铁素体双相组织，有一定的磁性。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢有较高的强度，同时还有着良好的耐蚀性和冷热加工性能。近年来，由于科研水平的不断深入，冶金技术的提高，人们对双相钢认识程度和使用频率越来越高。由于双相不锈钢兼有耐蚀、高强度的特点，特别适合用于海水、油田污水、化肥工业等耐应力腐蚀、耐点腐蚀、抗腐蚀疲劳的场合。

1）奥氏体—铁素体不锈钢的分类。Cr-Ni系：如0Cr26Ni6Mo2、00Cr18Ni5Mo3Si2（3RE60）、SUS329J1及CD4MCu等；Cr-Mn-N（含Cr-Mn-Ni-N）系：如1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo2N等。

第一类是以铁素体为基体的，第二类是以奥氏体为基体的。第二类是节镍型双相不锈钢，如果选材得当，既可获得优良的性能，又可节约贵重元素，有利于降低设备的成本。

2）奥氏体—铁素体不锈钢的耐蚀性。奥氏体—铁素体不锈钢中虽然含镍量低，但却有较高的铬含量，而且还含有较高的钼、铜、硅等，所以其耐蚀性一般都不低于18—8和18—12Mo型奥氏体不锈钢，其中的有些钢种在某些介质中，如浓硝酸、稀盐酸、中等浓度的硫酸、磷酸、醋酸以及尿素介质中，比奥氏体不锈钢显示出更优越的耐蚀性。外加应力对316和双相不锈钢拉伸试棒在沸腾的MgCl₂45%溶液中断裂时间的影响见图2-5。

图2-5 外加应力对316（0Cr17Ni12Mo2）和双相不锈钢（00Cr18Ni5Mo3Si2）拉伸试棒在沸腾的MgCl₂45%溶液中的至断裂时间的影响

0Cr17Mn13Mo2N双相钢与1Cr18Ni9Ti钢的耐蚀性比较见表2-20。

另外，双相不锈钢的抗晶间腐蚀能力、抗应力腐蚀能力都较奥氏体不锈钢高。双相不锈钢抗点蚀能力主要由合金元素决定，与相组织无关。

表2-20 0Cr17Mn13Mo2N双相钢与1Cr18Ni9Ti钢的耐蚀性比较

双相不锈钢同奥氏体不锈钢在NaCl3.5%溶液中的点蚀电位比较见图2-6。(www.xing528.com)

需要指出的是：双相不锈钢在100～340℃温度内加热、保温时，组织中析出的金属相会导致钢的强化。在400～500℃时发生的强化不会损害钢的韧性和耐蚀性。对于既需要耐腐蚀又要耐磨的双相钢的零部件，有时采用低温（如480℃）时效来达到提高耐磨性的目的。

（3）铁素体不锈钢

1）铁素体不锈钢的分类。铁素体不锈钢可分为三类：①Cr13型：如0Cr13Al、00Cr12等；②Cr17型：如1Cr17、1Cr17Mo、ZG1Cr17等；③Cr27：如00Cr27Mo、000Cr26Mo等。

图2-6 双相不锈钢同奥氏体不锈钢在NaCl3.5%溶液中的点蚀电位比较

铁素体不锈钢的优点是硬度高，具有很好的耐颗粒磨损性能，但其最大的缺点是焊后晶粒粗大、冲击韧度低、脆性倾向大。为了克服上述缺点，近年来，随着精炼技术的发展，已研制出系列碳、氮含量（质量分数）非常低（C+N＜0.015%）的超纯高铬铁素体不锈钢，如EB26-1（000Cr26Mo），它具有良好的塑性与焊接性，及较好的抗晶间腐蚀和抗应力腐蚀能力；此外，其贵金属含量较奥氏体不锈钢和双相钢相对较少。因而在满足性能要求的前提下，可降低产品造价。国际上已有国家使用EB26-1，国内也有对此钢种进行研究、开发、产品制造的报道。相信随着技术的进步、成本的降低，铁素体不锈钢在机械密封产品中会有一定的应用前景。

2）铁素体不锈钢的耐蚀性。铁素体不锈钢对晶间腐蚀敏感，普通的铁素体不锈钢的抗点蚀性能和耐缝隙腐蚀性能差。但增加钼后，其耐蚀性有所改善，例如00Cr18Mo2Ti钢（C0.026%～0.053%），其抗点蚀性较同等铬、钼含量的奥氏体不锈钢1Cr18Ni12、0Cr17Ni12Mo2Ti钢要好，在氯化物溶液中的耐缝隙腐蚀性也比1Cr18Ni12、0Cr17Ni12Mo2Ti钢要好。

铁素体不锈钢对硝酸等氧化性介质有良好的耐蚀性，与同等铬含量的铬镍奥氏体不锈钢相当，随着铬含量的增加，其耐氧化性介质腐蚀的能力也增强。但对还原性介质，铁素体不锈钢的耐蚀性则不如铬镍奥氏体不锈钢。表2-21为0Cr17Ti铁素体不锈钢在硝酸中的耐蚀性。

表2-21 0Cr17Ti铁素体不锈钢在硝酸中的耐蚀性

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铁素体不锈钢最突出的优点是在氯化物介质中具有良好的抗应力腐蚀开裂性能，优于铬镍奥氏体不锈钢。同样，在含微量氯离子和氧的热水和高温水介质中以及在苛性钠水溶液中，铁素体不锈钢也表现出其优异的抗应力腐蚀开裂性能。

需要指出的是，铁素体不锈钢（包括高纯铁素体不锈钢）并非绝对不产生应力腐蚀开裂。例如，退火态的铁素体不锈钢（A1S1430、434）在沸腾50%LiC1及95℃，30%LiC1溶液中易产生应力腐蚀开裂。

（4）马氏体不锈钢 应该说在所有的标准不锈钢类别中，马氏体不锈钢是合金含量最少的一类，它的成分特点是：高碳（质量分数为0.1%～0.5%），含铬量（质量分数）在12%～18%之间，有时还含有少量的镍、钼等合金元素。

按照含碳量和含铬量不同，大致可分为以下两类：

1）Cr13型包括1Cr12、1Cr13、2Cr13、3Cr13等。

2）Cr17型包括1Cr17Ni2、9Cr18MoV等。

马氏体不锈钢的特点是：有一定防锈防腐蚀能力，具有良好的力学性能，通过热处理进行基体强化和表面强化，可用做机械密封产品的弹簧使用。

1）马氏体不锈钢的耐蚀性。由于马氏体不锈钢是一种合金含量较低的不锈钢，它的耐蚀性比奥氏体不锈钢及铁素体不锈钢都差。马氏体不锈钢在淬火状态时耐均匀腐蚀和点蚀性较好（但这种状态的钢件硬且脆，又难以加工，所以在工程上的应用较少），其次是淬水+回火处理的调质件，而以退火状态的工件耐蚀性最差。

①耐均匀腐蚀性。马氏体不锈钢在室温的下列介质中具有良好的耐蚀性：

无机酸——硝酸、硼酸；

有机酸——浓醋酸和浓度（体积分数）低于10%的醋酸、苯甲酸、油酸、硬脂酸、苦味酸、单宁酸、焦性酶食子酸及尿酸等；

盐溶液——碳酸铵、碳酸钠、碳酸钙、硫酸钠、硫酸钾、所有金属的硝酸盐以及各种有机酸盐。

碱——苛性钠、钾碱、氯化铵、氢氧化钙等。

但在硫酸、盐酸、氢氟酸、热磷酸、热硝酸以及熔融碱等介质中耐蚀性很差。

②耐局部腐蚀性。马氏体不锈钢的耐局部腐蚀性（如点腐蚀、缝隙腐蚀及应力腐蚀等）较差，尤其是氢脆敏感性较大。因此，在有可能发生这类局部腐蚀的环境条件下，通常不选用马氏体不锈钢。

需要特别指出的是，马氏体不锈钢的抗局部腐蚀性，尤其是抗应力腐蚀开裂性，与其所经受的回火处理温度密切相关。

表2-22 国外一些耐蚀镍基合金的化学成分和主要用途

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注：表中合金的化学成分均为质量分数（%）。

2）注意事项。在实际应用中，应根据不同的使用场合制定相应的热处理规范。一般情况下，过低的淬火温度，碳化物得不到充分溶解，会影响它的耐蚀性，对于1Cr17Ni2钢淬火温度过高，钢中铁素体与残余奥氏体增多，将损害锻造性能；进行回火时应避开中温回火区域（370～600℃），若在这一温度范围内回火，不仅会使钢的韧性急剧降低，而且影响钢的耐腐蚀能力。

相对于前面几种不锈钢，马氏体不锈钢最为突出的优点是：可以通过热处理对基体进行强化，获得较高的强度和其他综合力学性能；还可以通过表面淬火提高表面硬度。因此，马氏体不锈钢多用于腐蚀性不强，又要求一定强度或表面硬度的场合。