奧氏體不鏽鋼

奧氏體不鏽鋼，是指在常溫下具有奧氏體組織的不鏽鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%~25%、C約0.1%時，具有穩定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不鏽鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎上增加Cr、Ni含量並加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素髮展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不鏽鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強度較低，不可能通過相變使之強化，僅能通過冷加工進行強化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。

基本介紹

• 中文名：奧氏體不鏽鋼
• 外文名：austenite
• 主要成分：Cr，Ni，C，Mo，Cu，Si，Nb，Ti
• 性質：無磁，高韌性，高可塑性，強度低
• 定義：在常溫下具有奧氏體組織的不鏽鋼
• 學科：冶金工程

特性

此類鋼除耐氧化性酸介質腐蝕外，如果含有Mo、Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低於0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高矽的奧氏體不鏽鋼對濃硝酸具有良好的耐蝕性。由於奧氏體不鏽鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業中獲得了廣泛的套用。

種類

物理分類

不鏽鋼通俗地說，不鏽鋼就是不容易生鏽的鋼，實際上一部分不鏽鋼，既有不銹性，又有耐酸性（耐蝕性）。不鏽鋼的不銹性和耐蝕性是由於其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜）的形成。這種不銹性和耐蝕性是相對的。試驗表明，鋼在大氣、水等弱介質中和硝酸等氧化性介質中，其耐蝕性隨鋼中鉻含量的增加而提高，當鉻含量達到一定的百分比時，鋼的耐蝕性發生突變，即從易生鏽到不易生鏽，從不耐蝕到耐腐蝕。不鏽鋼的分類方法很多。按室溫下的組織結構分類，有馬氏體型、奧氏體型、鐵素體和雙相不鏽鋼；按主要化學成分分類，基本上可分為鉻不鏽鋼和鉻鎳不鏽鋼兩大系統；按用途分則有耐硝酸不鏽鋼、耐硫酸不鏽鋼、耐海水不鏽鋼等等，按耐蝕類型分可分為耐點蝕不鏽鋼、耐應力腐蝕不鏽鋼、耐晶間腐蝕不鏽鋼等；按功能特點分類又可分為無磁不鏽鋼、易切削不鏽鋼、低溫不鏽鋼、高強度不鏽鋼等等。由於不鏽鋼材具有優異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度範圍內的強韌性等系列特點，所以在重工業、輕工業、生活用品行業以及建築裝飾等行業中獲取得廣泛的套用。

奧氏體不鏽鋼顯微組織

化學分類

鐵素體不鏽鋼在使用狀態下以鐵素體組織為主的不鏽鋼。含鉻量在11%~30%，具有體心立方晶體結構。這類鋼一般不含鎳，有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，這類鋼具導熱係數大，膨脹係數小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優良等特點，多用於製造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。這類鋼存在塑性差、焊後塑性和耐蝕性明顯降低等缺點，因而限制了它的套用。爐外精煉技術（AOD或VOD）的套用可使碳、氮等間隙元素大大降低，因此使這類鋼獲得廣泛套用。
奧氏體--鐵素體雙相不鏽鋼是奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不鏽鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不鏽鋼的特點，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時還保持有鐵素體不鏽鋼的475℃脆性以及導熱係數高，具有超塑性等特點。與奧氏體不鏽鋼相比，強度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應力腐蝕有明顯提高。雙相不鏽鋼具有優良的耐孔蝕性能，也是一種節鎳不鏽鋼。
馬氏體不鏽鋼通過熱處理可以調整其力學性能的不鏽鋼，通俗地說，是一類可硬化的不鏽鋼。典型牌號為Cr13型，如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。粹火後硬度較高，不同回火溫度具有不同強韌性組合，主要用於蒸汽輪機葉片、餐具、外科手術器械。根據化學成分的差異，馬氏體不鏽鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據組織和強化機理的不同，還可分為馬氏體不鏽鋼、馬氏體和半奧氏體（或半馬氏體）沉澱硬化不鏽鋼以及馬氏體時效不鏽鋼等。
對於產品的檢驗，知道產品的來源和組織性能是無損檢測最好的手段，也是NDT從業者的創新。

成分組成

在18-8型不鏽鋼的成分基礎上演變，主要有以下幾方面的重要發展：

1) 加Mo改善點蝕和耐縫隙腐蝕；

2) 降C或加Ti、Nb，減少晶間腐蝕傾向；

3) 加Ni和Cr改善高溫抗氧化性和強度；

4) 加Ni改善抗應力腐蝕性能；

5) 加S、Se改善切削性和構件表面精度。

結構組織

鐵素體相的形成：對奧氏體不鏽鋼性能的影響。F相的出現一般都對奧氏體不鏽鋼的性能帶來不利的影響：如使熱加工產生裂紋的傾向性增大；鋼的耐點蝕性下降，在諸多腐蝕環境（如尿素生產）中耐蝕性劣化；在高溫下加長時間加熱時，F相會轉變為σ相使鋼變脆等等。

含量的粗略判定

Creq=%Cr+1.5×%Si+%Mo，Nieq=%Ni+30×(%C+%N)+0.5×%Mn

鐵素體相的消除

根本的辦法是提高鋼中奧氏體形成元素的含量。Ni是首選的元素，但是從經濟的角度出發，Mn和N也受到人們的重視。特別是N，其抑制鐵素體形成的能力為Ni的30倍，同時又有改善耐蝕性和提高強度的作用。

機械性能

20℃溫度下高合金奧氏體不鏽鋼的機械性能如下：

合金	ASTM	EN	鋼種牌號	氮含量	屈服強度	抗拉強度	延伸率
			GB	%	Rp0.2MPa	RmMPa	As%
316L	316L	1.4404		0.06	220	520	45
904L	NO8904	1.4539	00Cr20Ni25Mo4.5Cu	0.06	220	520	35
317LMN	317LMN	1.4439		0.15	270	580	40
254SMO	S31254	1.4547	00Cr20Ni18Mo6CuN	0.20	300	650	40
654SMO	S32654	1.4652		0.50	430	750	40

高溫下高合金奧氏體不鏽鋼的強度(Rp0.2MPa)如下：

合金	ASTM	EN	GB	氮含量%	100℃	200℃	400℃
316L	316L	1.4404		0.06	166	137	108
904L	N08904	1.4539	00Cr20Ni25Mo4.5Cu	0.06	225	175	125
317LMN	317LMN	1.4439		0.15	225	185	150
254SMO	S31254	1.4547	00Cr20Ni18Mo6CuN	0.20	230	190	160
654SMO	S32654	1.4652		0.50	350	315	295

生產工藝

奧氏體不鏽鋼生產工藝性能良好，特別是鉻鎳奧氏體不鏽鋼，採用生產特殊鋼的常規手段可以順利地生產出各種常用規格的板、管、帶、絲、棒材以及鍛件和鑄件。由於合金元素(特別是鉻)含量高而碳含量又低，多採用電弧爐加氬氧脫碳(AOD)或真空脫氧脫碳(VOD)法大批量生產這類不鏽鋼材，對於高級牌號的小批量產品可採用真空或非真空非感應爐冶煉，必要時加電渣重熔。

鉻鎳奧氏體不鏽鋼優良的熱塑性使其易於施以鍛造、軋制、熱穿孔和擠壓等熱加工，鋼錠加熱溫度為1150～1260℃，變形溫度範圍一般為900～1150℃，含銅、氮以及用鈦、鈮穩定化的鋼種偏靠低溫，而高鉻、鉬鋼種偏靠高溫。由於導熱差，保溫時間應較長。熱加工後工件空冷即可。鉻錳奧氏體不鏽鋼熱裂紋敏感性較強，鋼錠開坯時要小變形、多道次，鍛件宜堆冷。可以進行冷軋、冷拔和旋壓等冷加工工藝和衝壓、彎曲、卷邊與摺疊等成形操作。鉻鎳奧氏體不鏽鋼加工硬化傾向較鉻錳鋼弱，一次退火後冷變形量可以達到70%～90%，但鉻錳奧氏體不鏽鋼由於變形抗力大，加工硬化傾向強，應增加中間軟化退火次數。一般中間軟化退火處理為1050～1100℃水冷。

奧氏體不鏽鋼也可生產鑄件。為了提高鋼液的流動性，改善鑄造性能，鑄造鋼種合金成分應有所調整：提高矽含量，放寬鉻、鎳含量的區間，並提高雜質元素硫的含量上限。

奧氏體不鏽鋼使用前應進行固溶處理，以便最大限度地將鋼中的碳化物等各種析出相固溶到奧氏體基體中，同時也使組織均勻化及消除應力，從而保證優良的耐蝕性和力學性能。正確的固溶處理制度為1050～1150℃加熱後水冷(細薄件也可空冷)。固溶處理溫度視鋼的合金化程度而定：無鉬或低鉬鋼種應較低(≤1100℃)，而更高合金化的牌號如00Cr20Ni18Mo-6CuN、00Cr25Ni22Mo2N等宜較高(1080～1150℃)。

生產中廣泛採用先進技術，如爐外精煉率達到95%以上，連鑄比超過80%，高速軋機和精、快鍛機等普遍推廣。特別是在冶煉和加工過程中實現電子計算機控制，保證了產品質量和性能的可靠和穩定。

發展方向

(1)鋼種極低碳化(碳≤0.02%)和高純化(作為雜質元素硫、磷、矽、錳等含量極低)。

(2)特殊用途鋼種開發。如熱海水用高鉬鋼、高耐蝕高強度的高氮鋼(氮含量達到0.4%～0.6%甚至0.8%～1.0%)，不鏽鋼功能材料(記憶材料、儲氫材料等)等。

(3)新工藝開發。不鏽鋼複合材料、非晶不鏽鋼等。

形成元素

不鏽鋼管是加有質量分數從12%到高於50%合金元素的鐵基合金。合金元素影響奧氏體、鐵素體和馬氏體相的穩定性，從而影響與穩定性有關的各相之間的平衡關係。加入不鏽鋼中的元素可以分為形成穩定鐵素體元素以及形成穩定奧氏體元素。馬氏體是一種相變產物，由奧氏體從高溫冷卻到低溫時形成，如果在高溫時沒有形成奧氏體，那么在低溫下也就不會獲得馬氏體相。

奧氏體不鏽鋼管含有高的鎳含量及其他奧氏體形成元素，這些元素促使奧氏體相的形成，使其在室溫甚至更低溫度下仍然穩定。鐵素體不鏽鋼無縫管則含有減弱奧氏體形成的元素例如高的鉻含量，使鐵素體成為主導的相組分。馬氏體不鏽鋼管在高溫時是奧氏體組織，然而這種奧氏體是不穩定的，在冷卻時發生轉變。藉助於奧氏體形成元素和鐵素體形成元素之間的平衡可以控制不鏽鋼管的微觀組織。兩種元素間平衡的調整對不鏽鋼管的力學性能，耐腐蝕性和焊接性有重要作用。

鋁、鈦、銅和鉬加入不鏽鋼無縫管中可以促進析出反應而使鋼強化。含有Cu、AI 和Mo的析出硬化（PH）馬氏體不鏽鋼無縫管經熱處理後可以得到超過1375MPa (200k8i)的室溫屈服強度。奧氏體不鏽鋼無縫管經常含有鈦和鋁而形成鎳鈦和鎳鋁析出相，其作用和鎳基超合金中的析出強化相相似。鋁在固溶體中是鐵素體形成元素.而銅則是弱奧氏體形成元素.成分接近純銅的析出相可以用來強化馬氏體鋼如174PH鋼。鐵素體形成元素有：鉻，鉬、矽、鈮、鈦、鋁、釩、鎢。奧氏體形成元素有：鎳、錳、碳、氮、銅、鈷。

套用

奧氏體304不鏽鋼鋼板，據稱這種材料可以帶來極強的防鏽、耐腐蝕性能，又有極佳的可塑性和韌性，方便衝壓成型。密度為7.93g/立方厘米，304不鏽鋼是一種很常見的不鏽鋼，業內也叫做18/8不鏽鋼。它的金屬製品耐高溫，加工性能好，因此廣泛使用於工業和家具裝飾行業和食品醫療行業。