马氏体和铁素体不锈钢生锈吗?奥氏体与马氏体铁素体的耐腐蚀性一样吗?

Question

马氏体和铁素体不锈钢生锈吗?奥氏体与马氏体铁素体的耐腐蚀性一样吗?

Answer 1

不锈钢或者 10.5% 或以上铬金含量的抗腐蚀性合金钢是该类金属的通用术语.应该记住不锈钢并不是说这种地钢材不生锈或不会被腐蚀,而只不过是它比不含铬的合金的耐腐蚀性能强得多.除了铬金属之外,其它金属元素如镍、钼、钒等也可以加入合金中用于改变合金钢的性能,从而生产出不同等级、不同性能的不锈钢.因应用目的和场所的不同,仔细挑选性能最为合适的不锈钢所制造的产品,对于你特定工作的效率和成功至关重要.

大家知道固态金属及合金都是晶体,即在其内部原子是按一定规律排列的,排列的方式一般有三种即：体心立方晶格结构、面心立方晶格结构和密排六方晶格结构.金属是由多晶体组成的,它的多晶体结构是在金属结晶过程中形成的.组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构： 910 ℃ 以下为具有体心立方晶格结构的α——铁, 910 ℃ 以上为具有面心立方晶格结构的Υ——铁.如果碳原子挤到铁的晶格中去,而又不破坏铁所具有的晶格结构,这样的物质称为固溶体.碳溶解到α——铁中形成的固溶体称铁素体,它的溶碳能力极低,最大溶解度不超过 0.02% .而碳溶解到Υ——铁中形成的固溶体则称奥氏体,它的溶碳能力较高,最高可达 2% .奥氏体是铁碳合金的高温相.


钢在高温时所形成的奥氏体,过冷到 727 ℃ 以下时变成不稳定的过冷奥氏体.如以极大的冷却速度过冷到 230 ℃ 以下,这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可能,奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α固溶体,称为马氏体.由于含碳量过饱和,引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低,脆性增大.


不锈钢的耐蚀性主要来源于铬.实验证明,只有含铬量超过 12% 时钢的耐蚀性能才会大大提高,因此,不锈钢中的含铬量一般均不低于 12% .由于含铬量的提高,对钢的组织也有很大影响,当铬含量高而碳含量很少时,铬会使铁碳平衡,图上的Υ相区缩小,甚至消失,这种不锈钢为铁素体组织结构,加热时不发生相变,称为铁素体型不锈钢.


当含铬量较低（但高于 12% ）,碳含量较高,合金在从高温冷却时,极易形成马氏体,故称这类钢为马氏体型不锈钢.


镍可以扩展Υ相区,使钢材具有奥氏体组织.如果镍含量足够多,使钢在室温下也具有奥氏体组织结构,则称这种钢为奥氏体型不锈钢.


不锈钢在各领域的应用

1 ． 1960 年—— 1999 年约 40 年间,西方国家的不锈钢产量从 215 万吨猛增到 1728 万吨,增加了约 8 倍,平均年增长率约为 5 ． 5% .不锈钢主要用于厨房、家电、运输、建筑、土木各领域.在厨房器具方面主要有水洗槽和电气、煤气热水器,家电产品主要有全自动洗衣机的滚筒.从节能和再循环等环保的观点看,不锈钢的需求有望进一步扩大.


在运输领域主要有铁道车辆和汽车的排气系统,用于排气系统的不锈钢在每辆车中约为 20 -30kg ,全世界的年需求约 100 万吨,这是不锈钢最大的应用领域.


在建筑领域,最近的需求急剧增长,如：新加坡地铁车站的防护装置,使用了约 5000 吨的不锈钢外装饰材.再如日本 1980 年以后,用于建筑业的不锈钢增长了约 4 倍,主要用作屋顶、大楼内外装饰和结构材. 80 年代,在日本沿海地区使用 304 型无涂漆材作为屋顶材料,从防锈考虑,逐步转变为使用涂漆不锈钢.进入 90 年代,开发了具有高耐蚀性的 20% 以上高 Cr 铁素体系不锈钢,被用作屋顶材料,同时为了美观性,开发了各种表面精加工技术.


在土木领域,日本的水坝吸水塔使用不锈钢.欧美的寒冷地区,为防止高速公路和桥梁的冻结需撒盐,这就加速了钢筋的腐蚀,所以使用不锈钢钢筋.在北美的道路中,近 3 年间约有 40 处采用了不锈钢钢筋,每处的使用量为 200-1000 吨,今后不锈钢在该领域的市场将有所作为.

2 ．今后扩大不锈钢应用的关键是环保、长寿命和 IT 的普及.


关于环保方面,首先从大气环保的观点看,用于抑制二恶英发生的高温垃圾焚烧装置、 LNG 发电装置和使用煤的高效发电装置的耐热、耐高温腐蚀不锈钢的需求将扩大.还有估计在 21 世纪初将投入实际应用的燃料电池汽车的电池壳也将使用不锈钢.从水质环保的观点看,在给水、排水处理装置中,具有优异耐蚀性的不锈钢也将扩大需求.


关于长寿命,在欧洲已有的桥梁、高速公路、隧道等设施中,不锈钢的应用在增加,预计这种潮流将遍及全世界.还有日本一般住宅建筑的寿命特别短为 20-30 年,废材处理成为一大问题.最近以寿命达到 100 年为目标的建筑物开始出现,这样具有优异耐久性的材料需求将增长.从地球环保的观点看,长寿命在减少土木、建筑废材的同时,有必要从引入新概念的设计阶段探讨如何降低维修成本.


关于 IT 的普及,在 IT 的发展和普及过程中,功能材料在设备硬件方面起很大的作用,对高精密度、高功能材料的要求非常大.如：在手机和微机部件中,灵活应用了不锈钢的高强度、弹性和非磁性等特性,使得不锈钢的应用扩大.还有在半导体和各种基板的制造设备中,具有良好清洁度和耐久性的不锈钢发挥了重要作用.


不锈钢具有多种其它金属没有的优异性能,是一种具有优异耐久性和再循环性的材料,今后对应时代的变化,不锈钢将广泛应用于各种领域.