不鏽鋼材料與其他金屬材料的比較

不鏽鋼材料與其他金屬材料的比較

從經濟角度而言，不鏽鋼材料可以與更高成本的基於鎳或鈦的工程金屬和合金競爭，同時提供適用於各種應用的一係列抗腐蝕性能。它們比大多數聚合物產品（GRP）具有更好的強度，在使用壽命結束時易於修複和可回收。

在考慮不鏽鋼時，*重要的特征是：耐腐蝕（或抗氧化）、機械和物理特性、可用的成形製造和連接技術、環境和材料成本（包括總生命周期成本）、基本的方法是選擇儘可能低的成本，但所需的耐腐蝕性。其他考慮因素如強度和淬透性是次要的。

鉻（Cr）的含量將不鏽鋼與其他鋼材分開。鋼材上獨特的自修複“被動”表層是由於鉻。市售等級的鉻含量至少約為11％。這些可以是鐵素體或馬氏體，取決於碳範圍控製。增加鉻可以增強抗腐蝕性和抗氧化性，因此17％Cr 430（1.4016）鐵素體預計會比’410S’（1.4000）型有所改善。類似地，15％Cr的馬氏體431（1.4057）與12％的Cr 420（1.4021 / 1.4028）類型相比，可以預期具有更好的耐腐蝕性。

超過20％的鉻含量為雙相和高合金奧氏體提供了改進的“水性”耐腐蝕性，並且也形成了鐵素體和奧氏體耐熱等級的良好高溫抗氧化性的基礎，例如相當稀有的鐵素體446（25％Cr ）或更廣泛使用的25％Cr，20％鎳（Ni）奧氏體310（1.4845）牌號。除了這個基本的“規則”，鎳（Ni）擴大了不鏽鋼可以“處理”的環境範圍。添加到431（1.4057）馬氏體型中的2％Ni提高了耐腐蝕性，但其主要目的是改善鋼的衝擊韌性。在形成雙鏈類型時添加約4.5％至6.5％的Ni。奧氏體的範圍從約7％到超過20％。然而，耐腐蝕性不僅與鎳水平有關。假設具有8％Ni的304（1.4301）因此具有更好的耐腐蝕性，即隻有5％Ni的1.4462雙相不鏽鋼是錯誤的。
更具體的合金添加也是為了提高耐腐蝕性的目的。

這些包括鉬（Mo）和氮（N），用於抗點蝕和縫隙腐蝕。316型是主要的Mo軸承奧氏體。許多現有的雙相不鏽鋼牌號都含有Mo和N兩種添加劑。銅也被用於提高某些“常見”的耐腐蝕性，但在硫酸的“中間”濃度範圍等危險環境中。含銅的牌號包括奧氏體904L（1.4539）型和一些25％Cr“超級雙相”鋼，如1.4501和1.4507。

基本的機械強度隨著合金添加量的增加而增加，但各組不鏽鋼的原子結構差異具有更重要的影響。與其他合金鋼一樣，隻有馬氏體不鏽鋼才能通過熱處理硬化。沉澱硬化不鏽鋼通過熱處理得到強化，但對馬氏體類型使用不同的機製。非常小的顆粒通過適當的熱處理形成，並作為鋼基體中的增強劑。鐵素體，奧氏體和雙相不能通過熱處理加強或硬化，但作為強化機製的冷加工程度有不同程度的反應。

與奧氏體相比，鐵素體類型在環境溫度下具有有用的機械性能，但延展性有限。由於失去衝擊韌性並且在高於約600℃的高溫下喪失強度，它們不適用於低溫應用，儘管已經非常成功地用於汽車排氣係統等應用。奧氏體類型具有其特有的麵心立方體’fcc’原子排列，具有相當不同的性質。在機械方麵，它們在低溫下更具延展性和衝擊韌性。與其他類型不鏽鋼的主要物理性能差異在於它們是“非磁性”的，即具有較低的相對磁導率，隻要它們完全軟化即可。與其他不鏽鋼類型相比，它們的導熱係數更低，熱膨脹率更高。具有奧氏體和鐵素體“混合”結構的雙相型，具有這些類型的一些性能，但從根本上來說，其機械性能比鐵素體或奧氏體型更強。

不鏽鋼材料的成形，製造和連接技術，取決於它們的類型和熱處理條件，鍛造不鏽鋼可成型和可加工。不鏽鋼也可以鑄造或鍛造成形。

大多數可用的類型和等級可以通過使用適當的“熱”方法連接，包括焊接，釺焊和焊接。奧氏體適用於涉及扁平產品成形（壓製，拉伸，拉伸成形，紡絲等）的廣泛應用。儘管鐵素體不鏽鋼和雙相不鏽鋼也適用於這些成形方法，但奧氏體不鏽鋼的**延展性和加工硬化特性使其成為更好的選擇。

奧氏體類型的成形性通過鎳水平來控製。301（1.4310）等級的鎳含量低，約為7％，因此在冷加工時會變硬，使其可用於壓製“硬化”麵板。

相反，約8.0％的鎳含量使得鋼材非常適合拉伸成型操作，例如在不鏽鋼水槽的製造中。深拉拔需要9.0％左右的鎳含量。

馬氏體不易形成，但廣泛用於切割刀片的製造。大多數不鏽鋼類型可以通過常規方法加工，隻要允許其強度和加工硬化特性。涉及控製進給和速度以削弱具有良好潤滑和冷卻係統的加工硬化層的技術通常是足夠的。

在采用高產量體係的情況下，可能需要機械加工等級。在這方麵，不鏽鋼的處理方式與其他合金鋼相似，添加硫是303（1.4305）等級的傳統方法。受控清潔類型現在也可用於增強機械加工性能。

大多數不鏽鋼都可以焊接或釺焊，隻要在表麵處理時加以注意並選擇助熔劑以避免在這些熱處理過程中自然表麵氧化性質成為問題。然而，這種接頭的強度和耐腐蝕性與所接合的不鏽鋼的全部潛力不匹配。為了優化接頭強度和耐腐蝕性，大多數不鏽鋼可以采用多種技術進行焊接。鐵素體和雙相不鏽鋼的可焊性很好，而奧氏體類型被分類為極好的焊接。低碳馬氏體可以小心焊接，但17％Cr，1％碳，440種（1.4125）等牌號不適合焊接。