特殊性能钢

特殊性能钢

特殊性能钢是指不锈钢、耐热钢、耐磨钢等一些具有特殊的物理和化学性能的钢。

1.不锈钢

不锈钢是指在大气和一般介质中具有高耐蚀性的钢，其主要矛盾是耐蚀性和强度及塑初性的合理兼顾。不锈钢合金化的主要成分是铬元素，其耐蚀能力遵循“n/8"规律（单相合金的耐蚀能力随耐蚀组分的原子数与合金总原子数之比为n/8（n=1.2.3‥‥7）呈阶梯式升高,合金电势相应升高，称作“n/8"经验总结规律）。不锈钢按组织状态分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢。

新西兰Len Lye中心博物馆，外立面采用了高度抛光316奥氏体不锈钢，并做了艺术曲度造型。图源网络

典型的铁素体不锈钢为10Cr17，这类钢加热后仍为单相铁素体组织，不能热处理强化，一般用于工作应力不大的化工设备、容器和管道以及食品工厂设备等。

典型的马氏体不锈钢为12Cr13、20Cr13、30Cr13、40Cr13等，这类钢具有较高的强度、硬度及耐磨性，是不锈钢中力学性能较好的钢种。其缺点是耐蚀性稍低、焊接性差，主要用于制作弹簧、汽轮机叶片、水压机阀及医疗器械等。

不锈钢中用量最大的是奥氏体不锈钢，它是不锈钢中耐蚀性较好的钢种，并具有良好的韧性、塑性及焊接性。这类钢用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等。奥氏体不锈钢的主要问题是晶界腐蚀。消除或减弱晶界腐蚀倾向的措施从合金化的角度考虑主要是尽可能地降低碳含量和加入钛、钒等元素，从后续的热处理工艺方面考虑，应该根据合金元素的碳化物形成规律和碳化物溶解、析出的热力学及动力学规律，设计和制订热处理工艺参数。

2.耐热钢

中国产150万吨工业汽轮机，核心部件是上千个叶片组成的转子，其工作温度约在300~500℃。图源网络

耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称，主要用在高压锅炉、汽轮机、内燃机、热处理炉等设备上。在高温下有较好的抗氧化性又有一定强度的钢称为抗氧化钢。抗氧化性主要通过加入一定量的Cr、Al、Si等元素，形成致密的、连续的氧化膜，如Cr₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等，保护钢不继续氧化，从而提高钢的抗氧化能力。钢的高温强度和组织稳定性是耐热钢设计与处理工艺的主要矛盾。从合金化方面考虑，提高钢的高温强度及其稳定性的主要措施有增强固溶体原子间的结合力、强化晶界、稳定第二相的弥散强化。钢中加入的Cr、Mo、W、Ni等元素可溶入基体，强化固溶体，使再结晶温度提高，从而增强钢在高温下的强度。Cr、Mo、W、V等元素还可形成硬度高、热稳定性好的碳化物，分布在基体上起到弥散强化的作用。

3.耐磨钢

维护中的坦克履带。一辆中型坦克重量约在50吨，单条履带平均自重2吨左右，除承受凹凸不平路面的摩擦力，还要考虑炮弹的高冲击力。图源网络

耐磨钢通常是指在冲击载荷作用下产生冲击硬化的高锰钢，其主要成分是：w_C=1.0%~1.4%，w_Mn=11%~14%，牌号为ZGMn13。这种钢机械加工较困难，基本上铸造成形。生产上常采用“水韧处理"，以保持均匀的奥氏体状态。当奥氏体受到强烈磨损和冲击时，由于塑性变化，引起了加工硬化，促使表面奥氏体转变成马氏体，使钢具有高硬度和高耐磨性。高锰钢零件在使用过程中，必须承受剧烈冲击或较大压力时，才能显示出高的耐磨性。高锰钢常来制造破碎机齿板、大型球磨机衬板、挖掘机铲齿、坦克和拖拉机履带及铁轨道岔等，又由于它在受力变形时可吸收大量能量，不易被击穿，因此可制造装甲车板、保险箱板等。