奥氏体不锈钢加工制造使用指南.pdf

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www.imoa.info 奥氏体不锈钢 加工制造实用指南 2 目录 1前言4 2奥氏体不锈钢的 历史5 3冶金学8 3.1不锈钢种类8 3.1.1奥氏体不锈钢8 3.1.2铁素体不锈钢9 3.1.3双相不锈钢9 3.1.4马氏体不锈钢9 3.1.5沉淀硬化不锈钢10 3.2相组分10 3.3有害的二次相11 3.3.1二次相稳定温度11 3.3.2二次相形成动 力学12 4合金元素的作用15 4.1铬(Cr)15 4.2镍(Ni)15 4.3钼(Mo)15 4.4碳(C)15 4.5氮(N)15 4.6锰(Mn)16 4.7铜(Cu)16 4.8硅(Si)16 4.9铌(Nb)和钛(Ti)16 4.10硫(S)和磷(P)16 5机械性能和物理 性能17 5.1强度17 5.2延展性和韧性19 5.3高温强度19 5.4物理性能20 6耐蚀性24 6.1均匀腐蚀24 6.2局部腐蚀24 6.2.1点蚀和缝隙腐蚀24 6.2.2二次相对局部腐蚀 的影响26 6.2.3应力腐蚀开裂26 6.3晶间腐蚀/敏化腐蚀28 6.3.1焊缝敏化/焊缝腐蚀28 6.3.2刀状腐蚀29 6.4电偶腐蚀29 国际钼协会(IMOA)竭力确保所提供的信息在技术上是正确的。但 是,IMOA不保证本出版物所含信息的准确性或对任何一般或特定用途 的适用性。本出版物所含内容仅供读者参考;不能代替个人的任何决策 程序,未获得专业意见前,不应用于任何一般或特殊应用。对于使用本 出版信息信息而造成的任何损失、损害或伤害,IMOA及其会员、员工 和顾问不承担任何责任或义务。本出版物主要使用ASTM和EN国际标准 规范;但是,各国的材料标准可能有所不同。 奥氏体不锈钢加工制造实用指南 第二版 2020 IMOA20102020 ISBN978-1-907470-12-7 出版: 国际钼协会(IMOA),英国伦敦 www.imoa.info 联合出版: 国际铬发展协会(ICDA),法国巴黎 国际镍协会,加拿大多伦多 www.nickelinstitute.org 撰写: 美国匹兹堡TMR不锈钢咨询公司,国际镍协会,国际钼协会 编辑: 第二版,JamesFritz博士,美国宾州匹兹堡 第一版,CurtKovach,美国宾州匹兹堡,JohnShield博士, 美国俄亥俄州克利夫兰 设计: 德国慕尼黑circadrei公司 致谢: 国际钼协会(IMOA)感谢奥托昆普提供技术数据。 封面照片:不锈钢换热器内部焊接。iS 3 6.5加工制作与耐蚀 性之间的关系31 7工厂注意事项- 保持表面光洁32 7.1最初交货和存放32 7.2可剥离保护膜33 7.3避免铁污染34 8热成形和冷成形35 8.1热成形35 8.2温成形36 8.3冷成形36 8.3.1弯曲37 8.3.2辊轧成形38 8.3.3冲压拉伸39 8.3.4旋压成形40 8.3.5冷镦40 9切割41 9.1锯切41 9.1.1电动弓锯41 9.1.2带锯41 9.2砂轮片切割41 9.3剪切42 9.3.1设备要求42 9.3.2切口42 9.3.3落料和冲孔43 9.4水射流切割44 9.5等离子切割45 9.6激光切割45 10机加工46 10.1通用指导意见46 10.2不锈钢切削性 能指数47 10.3车削48 10.4利用硬质合金进 行平面铣削48 10.5用高速钢钻头螺 旋钻孔50 11热处理-退火和消 除应力51 11.1固溶退火51 11.1.1准备51 11.1.2温度52 11.1.3退火时间52 11.1.4气氛53 11.1.5冷却53 11.1.6退火后清理53 11.2消除应力53 12焊接、硬钎焊和软 钎焊55 12.1焊接55 12.1.1物理特性对焊接 的影响55 12.1.2焊口及组对56 12.1.3填充金属57 12.1.4保护57 12.1.5焊接工艺58 12.1.6异金属焊接(DMW)63 12.1.7焊件质量注意事项63 12.2硬钎焊和软钎焊66 12.2.1硬钎焊66 12.2.2软钎焊67 13机械连接方式68 13.1连接方式68 13.1.1螺栓连接和螺丝 连接68 13.1.2铆接68 13.1.3压铆68 13.1.4咬接69 13.1.5粘接70 13.2机械连接的腐蚀 问题70 13.2.1缝隙腐蚀70 13.2.2电偶腐蚀71 14表面72 14.1表面与性能72 14.2钢厂交货表面73 14.2.1中板73 14.2.2薄板和钢带74 14.3机械加工表面74 14.3.1专用机加工表面76 14.3.2磨光77 14.3.3用于机械抛光的 磨料77 14.4压花和浮雕表面78 14.5着色不锈钢78 14.6电抛光80 14.7制造完成后对饰 面的恢复和保护80 15加工制作后的表 面清理81 15.1常见的损伤和表 面污染81 15.1.1铁污染81 15.1.2有机化合物污染81 15.1.3退火和焊接过程 中形成的氧化皮82 15.1.4其它缺陷82 15.2加工制作后的清 理方法83 15.2.1喷砂83 15.2.2玻璃珠喷丸83 15.2.3打磨和抛光83 15.2.4不锈钢钢丝刷/ 不锈钢钢丝棉84 15.2.5脱脂84 15.2.6酸洗84 15.2.7钝化85 15.2.8电抛光85 15.3清理方法对耐蚀 性的影响86 参考文献87 推荐阅读89 ASTM标准90 EN标准92 注册商标和注册名称93 奥氏体不锈钢有许多牌号,它们广 泛用于室内装饰材料,如墙板、扶 手等,还用于化工、电力等腐蚀环 境中的管道和容器。标准牌号的奥 氏体不锈钢消费量占据着市场主导 地位,如304和316。但是,合金含 量更高的牌号已在多种苛刻的应用 环境中表现出了良好的性价比。这 些材料被称为“高性能奥氏体不锈 钢(HPASS)”。与标准牌号相比,这 些钢中加入了较多的铬(Cr)、钼 (Mo)、镍(Ni)和氮(N)等合金元素, 从而具有了优异的性能。高性能奥 氏体不锈钢的合金含量较高,与标 准牌号不锈钢相比,加工和制作更 加复杂,因此,要想正确选择材料 并保证加工质量,工程师、设计师 和加工企业必须充分了解它们的特 性。本指南提供了高性能奥氏体不 锈钢的基本信息,并将它们与标准 不锈钢进行了比较。主要目的是对 比两种钢的加工特性,明确它们之 间的同异性。这些信息可以帮助标 准奥氏体不锈钢和高性能奥氏体不 锈钢加工企业制作出高性能优质 产品。 1 前言 4 应用于烟气洗涤塔的高性能奥氏体不锈钢。Outokumpu 2 奥氏体不锈钢的历史 不锈钢起源于二十世纪初,是英国 和德国的一项创举。在接下来的半 个世纪中,钢铁厂开发了一系列不 锈钢钢种,它们成功地应用于化 工、能源、食品及其它行业。二十 世纪七十年代初期,不锈钢进入了 新时代,钢铁厂引入了最新的精炼 和铸造技术。钢铁设计师和钢铁厂 利用这些技术,不仅对已有的“标 准牌号”进行了改良,同时还开发 了性能更好的新牌号,其中包括新 型高性能奥氏体不锈钢。 新的炼钢技术包括氩氧脱碳(AOD)和 真空吹氧脱碳(VOD)工艺。这两种 工艺可以有效地实现超低碳含量、 高合金回收率及成分控制更精准的 目标,特别是氮含量得到了精确控 制。电渣重熔法(ESR)有时作为一种 替代或补充工艺,可以更好地控制 钢水洁净度,使显微组织更均匀, 夹杂物减少。连铸技术提高了生产 效率,从而降低了生产成本。 炼钢技术的进步降低了标准低碳 牌号的成本,如304L和316L,使 焊接构件的耐蚀性能得到提高。 采用新炼钢技术诞生的第一个高 性 能 奥 氏 体 不 锈 钢 的 牌 号 是 904L(N08904), 它 是 由 现 在 的 Outokumpu公司开发的。904L的 碳含量超低,是现有铸造合金的 可焊接锻造牌号,对强还原性酸 有 很 强 的 耐 蚀 性 。 1973年 , Alegheny Ludlum公司(现为ATI 子公司)推出了第一个完全耐海 水 腐 蚀 的 奥 氏 体 不 锈 钢 牌 号 5 AL-6X(N08366),这种钢含有6% 的Mo和非常低的碳,用于生产可 焊接薄板和管材。七十年代中期, 氮的使用和控制得到了发展,进一 步改进了6%Mo合金钢的性能,实 现了厚壁可焊接,阻止有损于耐点 蚀性的有害金属间相的形成。这些 6%Mo含氮钢种的UNS编号及生产 厂的商标名称见第93页。 二十世纪九十年代,新兴的能源环 保工业对高性价比、高性能合金的 需求日益增长,对不锈钢的耐蚀 性能提出了更高的要求。在这种 情况下,开发了钼含量大约7%, 氮含量较高的三个钢种,它们在 制造中的换热器管板。Sandvik 侵蚀性含氯水中具有特别高的耐 点蚀性能。这组高合金钢的牌号 为S32654、S31266和S31277。它 们的性能与一些高耐蚀性镍基合金 很接近,而成本却低得多。7%Mo 钢的牌号及生产厂的商标名称见第 93页。 表1列出了一些较为常见的标准300 系和200系奥氏体不锈钢的化学成 分。高性能奥氏体不锈钢的化学成 分见表2。高性能奥氏体不锈钢的 铬、镍和钼的含量远高于标准的 18%Cr-8%Ni钢。很多牌号都添加 了氮。 6 表1:常见的标准锻造300系和200系奥氏体不锈钢的化学成分*(重量%)和耐点蚀当量(PREN)* 说明: *选自现行的ASTM中厚板、薄板和带钢的技术规范或企业的数据表。完整的成分要求,请向他们咨询。 *化学成分最大值,除非标出范围或最小值。EN的化学成分与ASTM的化学成分不完全一致。 * 根据公式PREN =%Cr +3.3(%Mo +0.5%W) +16(%N)计算出的耐点蚀当量及该牌号预期的额定化学成分。 牌号UNS No.EN No.CMnNCrNiMoCu其它PREN* 代表性标准牌号 300系 304S304001.43010.072.000.1017.5 19.5 8.0 10.5 1820 304LS304031.43070.032.000.1017.5 19.5 8.0 12.0 1821 321S321001.45410.082.000.1017.0 19.0 9.0 12.0 Ti 5x(C+N)min 0.70 max 1821 347S347001.45500.082.000.1017.0 19.0 9.0 13.0 Nb 10 xC min 1.00 max 1821 316S316001.44010.082.000.1016.0 18.0 10.0 14.0 2.00 3.00 2426 316LS316031.44040.032.000.1016.0 18.0 10.0 14.0 2.00 3.00 2426 1.44350.032.000.1117.0 19.0 12.5 15.0 2.50 3.00 2729 317LS317031.44380.032.000.1018.0 20.0 11.0 15.0 3.00 4.00 2930 代表性标准牌号 200系 201S201001.43720.155.5 7.5 0.2516.0 18.0 3.5 5.5 1720 201LS201030.035.5 7.5 0.2516.0 18.0 3.5 5.5 1720 201LNS201530.036.4 7.5 0.10 0.25 16.0 17.5 4.0 5.0 1.01720 7 表2:常见的高性能奥氏体不锈钢的化学成分*(重量%)和耐点蚀当量(PREN)* 说明: *选自现行的ASTM中厚板、薄板和带钢的技术规范或企业的数据表。完整的成分要求,请向他们咨询。 *化学成分最大值,除非标出范围或最小值。EN的化学成分与ASTM的化学成分不完全一致。 * 根据公式PREN =%Cr +3.3(%Mo +0.5%W) +16(%N)计算出的耐点蚀当量及该牌号预期的额定化学成分。 牌号UNS No.EN No.CMnNCrNiMoCu
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