不锈钢使用性能基础

30 330 510 160 8.9mm
SUH409L 铁素体
37 230 400 123
SUS420J2 马氏体
29 400 660 196
淬火处理： 350~650Hv
界限深冲比：不发生时效开裂的落片直径(a)/冲头直径(b)的最大值
2 使用上的特性比较
钢种
SUS316L SUS321 SUS304
牺牲阳极防护法事例
2、缝隙腐蚀
1）特点 发生场所一般位于工件上的连接处。 2）发生原理 工件缝隙内有关物质的移动受到了阻滞，形成浓差电 池从而产生局部腐蚀。
缝隙腐蚀事例
3）影响缝隙腐蚀的因素
①几何形状的影响 几何形状是重要影响因素，间隙的深度宽度以及内外面 积比决定着氧气进入缝隙的程度、电位的变化。
主要机械性能
YS TS EL HV
N/mm2
%
HV
≥≥≥≤
205 520 40 200
≥≥≥≤
205 450 22 200
≥≥≥≤
205 520 40 200
≥≥≥≤ 175 480 40 200
≥≥≥≤ 225 540 18 247 ≥≥≥≤ 205 520 40 200 ≥≥≥≤ 195 360 25 170
（二）耐腐蚀性能
不锈钢只是耐腐蚀钢，不是完全意义上的不锈，到目 前为止没有发明在任何条件下均不腐蚀的钢。因此具 体的钢种是适应具体的使用环境的。
腐蚀分类:金属腐蚀的形式有多种分类方法： ①按作用的性质分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 ②按腐蚀形态可分为一般（全面、均匀）腐蚀和局部 腐蚀。常见的局部腐蚀有晶间腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、 应力腐蚀等。
≤ 1.00
≤ 1.00 ≤ 1.00 ≤ 1.00
Mn % ≤ 2.00 ≤ 1.00 ≤ 2.00
≤ 2.00
≤ 1.00 ≤ 2.00 ≤ 1.00
主要化学成分
P
S
%
%
≤
≤
0.045 0.030
≤
≤
0.040 0.030
≤
≤
0.045 0.030
Ni % 8.00 10.5
-
10.0 14.0
胀形工艺示意图
翻边工艺示意图
翻边零件示意图
2、材料的基本冲压性能
1）. 屈服强度（σ0.2） 2）. 抗拉强度（σb） 3）. 屈强比（σ0.2/σb） 4）. 延伸率 5）. 应变硬化指数（n） 6）. 塑性应变比（R）和材料的各向异性 7）. 奥氏体平衡系数A(BAL) 8）. 马氏体转变点Md(30/50) 9）.晶粒度（N）
②环境因素的影响 密闭系统中随着温度升高，缝隙腐蚀量增加；PH值减 少，缝隙腐蚀量增大；CI-离子浓度增大，缝隙腐蚀敏 感性升高。
4）防止缝隙腐蚀的途径
①选用耐缝隙腐蚀的材料 可选用含钼的不锈钢 ②合理的设计方案 尽量避免有缝隙的设计，或使缝隙尽量敞开。尽可能避免 采用金属与非金属的联接件。 ③增加液体流量 ，避免杂质沉积。
1、点蚀 2、缝隙腐蚀 3、晶间腐蚀 4、应力腐蚀
1、点蚀
1）特点 发生场所没有规律，一般情况下点蚀的深度要比其直 径大的多。 2）发生原理 介质中存在活性阴离子（CI-）时，阴离子吸附在金属 表面某些点上，使表面钝化膜发生破坏。 钢中存在缺陷、杂质和溶质等的不均一性，表面钝化 膜破坏后，在表面缺陷处显露基体金属，基体金属呈 活化态，发生腐蚀。
1） 屈服强度（σ0.2）
σ0.2=P0.2/F0
P0.2—拉伸试样塑性变形量为0.2%时承受的载荷 F0 —拉伸试样的原始截面积
屈服强度小，成形后回弹小，贴模性和定形性好。
2） 抗拉强度（σb）
σb=Pb/F0
Pb—拉伸试样断裂前承受的最大载荷 F0—拉伸试样的原始截面积
抗拉强度大，材料不容易被拉断，有利塑性变形。
5） 应变硬化指数（n）
应变硬化指数与材料的冲压成形性能十分密切。 n值大，不仅能提高板料的局部应变能力，而且能使应 变分布趋于均匀化，提高板料成形时的总体成形极限。 通常认为，材料的应变硬化指数越大，抗破裂性越强， 尤其对胀形成形性能最有利。
n值对材料性能的影响
6） 塑性应变比 R 和材料的各向异性
≤ 0.040
≤ 0.040 ≤ 0.045 ≤ 0.040
≤ 0.030
≤ 0.030 ≤ 0.030 ≤ 0.030
12.0 15.0
9.0 13.0 -
Cr % 1820 1618 1618
1618
1214 1719 10.5 11.7
其它 %
Mo 2.03.0 Mo 2.03.0
Ti 5xC% Ti 6xC%
不锈钢使用性能基础
不锈钢性能
一、不锈钢的定义和种类 二、常见不锈钢的基本特性 三、不锈钢的三大使用性能
（一） 焊接性能 （二） 耐腐蚀性能 （三） 冲压性能
一、不锈钢的定义和种类
冶金学定义 含铬量大于12%，并且以耐腐蚀为主要使用性能的铁基 合金。 分类方法 按组织区分不锈钢的种类主要有： 奥氏体不锈钢 - SUS304 SUS316 SUS316L 无磁性， 加工硬化明显，冷加工变形后带有磁性 铁素体不锈钢 - SUS430 SUH409L 铁素体，有磁性， 加工硬化不明显 马氏体不锈钢- SUS420J2 出厂时为铁素体，有磁性 双相不锈钢（奥氏体、铁素体）
向收缩时不容易起皱，流动性好，有利于板料 的拉深成形性能。
热膨胀系数 （0～1000℃）
×10-6 20.1 20.1 20.0 13.1 13.7 14.8
融化温度范围 （℃）
1400～1450 1400～1427 1376～1400 1482～1510 1482～1532 1492～1520
不锈钢的物理性能特点
1、电阻系数大
发热量高
2、导热系数小
热量不易传递
=
=
=
>
=
=
三、不锈钢的使用性能
（一） 焊接性能 （二） 耐腐蚀性能 （三） 冲压性能
（一）焊接性能
典型不锈钢的物理常数
电阻系数
钢种
组织 （20℃）
μΩ/cm
304
A
72
321
A
72
316
A
74
430
F
60
420
M
57
低碳钢
17
导热系数 （100℃）
0.050 0.052 0.050 0.062 0.059 0.144
不锈钢的耐腐蚀原理
①加入合金元素Cr、Ni等提高基体金属的电极电位， 减少微电池的数量，可有效地提高钢的耐蚀性。
②在钢中加入合金元素使钢的表面形成结构致密、不 溶入腐蚀介质、电阻又高的保护膜，亦能显著提高钢 的耐蚀性。保护膜非常细密、柔软、稳定，成分主要 是Cr2O3，厚度1—6nm。
常见的不锈钢局部腐蚀
④采用电化学保护措施。
3、应力腐蚀
1）特点 表现为加工后的制品经过一段时间发生开裂，即引发时 效开裂问题。 2）发生条件 ①金属本身对应力腐蚀具有敏感性 ②存在能引起该金属发生应力腐蚀的介质 ③工件存在残余拉应力
应力腐蚀事例
2）影响应力腐蚀的因素
①氯离子浓度的影响 氯离子浓度升高，应力腐蚀所需要的时间缩短。 ②介质温度的影响 一般认为，温度升高易发生应力腐蚀。 ③合金元素的影响 钢中的氮、磷等元素会降低不锈钢的耐应力腐蚀破裂能力。 ④残余应力的影响 残余应力大，容易引发应力腐蚀开裂。
区域基体局部贫铬，难以钝化，耐蚀性明显下降，于是在
相应的腐蚀环境中优先被腐蚀 。
SUS304的敏化温度范围450℃-850℃
SUS430的敏化温度范围是850℃以上
晶间腐蚀现象与原理
受到这种腐蚀破坏的零件，有时候外表仍是光亮完好 的，但由于晶粒之间的结合力丧失，材料的强度已基 本丧失，严重的会丧失金属声音，轻击会成为粉末。
点蚀零件图
3）影响点蚀的因素
①环境因素 点蚀通常发生在含有卤素阴离子的溶液中；溶液静止状 态比流动状态容易发生点腐蚀；溶液的PH值增加，点腐 蚀倾向会显著的减少；升高温度会加剧点腐蚀。 ②合金元素的影响 添加钼元素能使钝化膜更致密牢固 铬含量增加可提高钢的钝化膜修复能力 ③冷轧工艺的影响 适当的固溶处理可以预防碳化物析出，减少点蚀的发生 数目；光滑的表面比粗糙的表面更不容易发生腐蚀。
塑性应变比是单向拉伸试样的宽度应变和厚度应变的比值，
公式：
R
b
ln b
b0
t
wk.baidu.comln t
t0
材料沿轧制方向取向不同R值也不同，R 的计算公式为： R =（R0+R90+2R45）/4
冷轧工艺对 R 的影响
塑性应变比 R 的意义
R值对拉深成形性能影响很大，材料的极限拉 深比主要取决于 R 值， R 值大，拉深毛坯的径
JISG4305-1999标准对成分和机械性能的规定值
JISG4305-1999 标准对成分和机械性能的规定值
钢种 304 430 316
316L 420J2 321 409L
C % ≤ 0.08 ≤ 0.12 ≤ 0.08
≤ 0.03
0.26 0.40 ≤ 0.08 ≤ 0.03
Si % ≤ 1.00 ≤ 0.75 ≤ 1.00
3、奥氏体不锈钢的线膨胀系数大 变化程度大
体积
不锈钢的焊接特性
①引起焊区变形不均和晶粒粗大 ②引起热裂纹 ③不锈钢焊接加工后，在焊接热影响区内容易引发晶 间腐蚀。
晶间腐蚀原理
敏化
不锈钢焊接加工过程中，在焊接热影响区内温度处于敏 化温度区间时，碳与基体中的铬形成碳化物Cr23C6，分 布在晶界上，使晶界成网状，基体中大量的铬集中到 Cr23C6中，由于焊接时间短，远处的铬来不及向这里扩 散，造成焊缝区域基体局部贫铬，难以钝化，耐蚀性
3） 屈强比（σ0.2/σb）
屈强比对材料冲压成形性能影响较大。 屈强比小，板料由屈服到破裂的塑性变形阶段 长，有利于冲压成形。 一般来讲，较小的屈强比对板料在各种成形工
艺中的抗破裂性都有利。
4） 延伸率
δ=（L-L0）/L0 X 100% 材料从发生塑性变形到断裂的总的伸长能力，延伸率 大，板料允许的塑性变形程度大，抗破裂性较好，对 拉深、弯曲、胀形都有利。
3）防止应力腐蚀的途径
①正确选用材料 避免使用对应力腐蚀敏感的材料。 ②合理设计 避免加工程度过大，残余应力大或应力集中。 ③注意使用条件 避免表面积存腐蚀介质，尤其是要避免氯离子的局部 浓缩 。
4、晶间腐蚀
1）腐蚀原理
敏化
不锈钢焊接加工过程中，在焊接热影响区内温度处于敏化
温度区间时，碳与基体中的铬形成碳化物Cr23C6，分布在 晶界上，使晶界成网状，基体中大量的铬集中到Cr23C6中， 由于焊接时间短，远处的铬来不及向这里扩散，造成焊缝
明显下降，于是在相应的腐蚀环境中优先被腐蚀 。
SUS304的敏化温度范围450℃-850℃ SUS430的敏化温度范围850℃以上
敏化示意图
不锈钢焊接防范措施
①焊接规范要小于普碳钢，电流量约为低碳钢的80% ②尽可能使用较快的焊接速度 ③焊接时要选择合适的焊接材料 ④材料的表面必修在焊接之前和焊接后进行清理
磁性
无
无
无
SUS304 （Cu）
无
SUS430 SUH409L
有
有
SUS420J2 有
淬火硬化性
无
无
无
无
有
无
有
加工硬化
=
<
>
>>
=
=
基体耐蚀
=
>
=
>
>
=
间隙腐蚀
有
有
有
有
有
有
有
耐 蚀
应力腐蚀
有(小) 有(小)
有
有
无
无
无
晶界腐蚀
无
无
有
有
有
无
有
时效开裂 有(小) 有(小) 有
有
无
无
无
焊接性
=
=
=
>
=
>
热膨胀
2）影响晶间腐蚀的因素
①铬元素含量增大，可以降低晶间腐蚀敏感性。 ②钛和铌与碳的亲和力强，可以避免铬与碳结合，从 而减少晶间贫铬区的产生。 ③碳、氮、磷、硅等元素的存在对材料耐晶间腐蚀都 是不利的。 ④热处理制度的影响，要避免在敏化温度区间停留时
间过长，造成铬的碳化物析出。
3）防止晶间腐蚀的途径
3）防止点蚀的途径
①选用耐点蚀的材料，钢中添加钼并提高铬含量。 ②减少溶液中卤素离子的浓度，并避免溶液的局部浓 缩。 ③搅拌溶液，使溶液不处于静止。 ④提高溶液的PH值。 ⑤降低介质的温度。 ⑥采用电化学保护措施。
电化学保护
阳极保护 电化学 防护法
阴极保护
加阳极电流法 加阴极电流法 牺牲阳极法
促使阳极钝化 促使阴极极化
①提高材料的纯度，去除碳、氮、磷、硅等有害微量 元素。 ②加入稳定化元素钛和铌。 ③采用适当的热处理制度，预防晶界析出碳化物
(三)冲压性能
1、主要冲压工艺介绍 2、材料的基本冲压成形性能
1、主要冲压工艺介绍
弯曲加工
基本冲压工艺
拉深加工 胀形加工
扩孔加工
弯曲工艺示意图
拉深工艺示意图
拉深应力应变图
二、不锈钢特性
1.机械性能
钢种
SUS316L SUS321 SUS304
金属组织
奥氏体
EL
57
58
58
YS
260 255 290
机 TS
550 620 660
械 HV
142
159 166
性 埃值
12.1mm
能 深冲比
2.25
SUS304Cu
57 290 630 158
2.5
其它
SUS430 铁素体