什么是不锈钢它真的不生锈吗马氏体奥氏体铁

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小时候,老爸从上海带回来一个不锈钢杯子。

我很喜欢,常用这个杯子泡茶,仿佛每一片叶子都散发着清香。

后来离家上学,我还是喜欢不锈钢杯子,和玻璃与陶瓷杯相比,它最大的好处是不容易摔坏。

但是其实这么多年了,我都不太明白不锈钢为什么不生锈,也从来没有想过不锈钢是不是真的不生锈。

上次我写了一篇关于奥氏体和马氏体不锈钢的文章,然后知乎上有伙伴咨询我,说自己买的不锈钢杯子,内胆材质是不锈钢,问我安不安全,也有伙伴问我,平常生活中,哪种材质餐具比较好,可以,问我可以吗,还有伙伴只是想了解带磁性的厨房刀具。

我本来是准备回答这几个问题的,但是我发现有必要先有一些基础的概念,所以这篇就当作是回答知乎朋友问题的前奏篇吧。

1.什么是不生锈?它真的不生锈吗?

正如铝合金是以铝为基础元素的合金一样,其实不锈钢也是一种合金,只不过它是以铁为基础元素的合金。

不锈钢的合金元素包括铬,镍,碳,钛等。

其中,铬的加入,是不锈钢不生锈的关键。

这是由铬元素的特性决定的。

不锈钢中,铬含量至少约为10.5%,它可以在不锈钢的表层,形成一层保护性的自修复氧化膜,这就是为什么不锈钢耐腐蚀的原因。

所谓自修复,意思是说,如果保护膜受到破坏,它将在有氧的环境中重新形成氧化膜,并继续提供防腐保护。

所以很多时候,我们在选择表面处理时,常用镀铬,或者镀锌,特别是对于马氏体不锈钢,更是如此。

当然实际应用时,选择镀锌的时候更多,因为更便宜啊,世界上每年生产万吨锌,有一半都用于镀锌。

这和碳钢或低合金钢,使用表面涂层防腐的原理并不相同,因为这类钢的表面涂层刮伤之后,防腐蚀性就大大削弱,甚至没有了。

那么,不锈钢是不是真的就不生锈呢?

当然不是,不锈钢不生锈也是有条件的。

在大部分常规条件下,不锈钢具有抗腐蚀性能,但并不是在所有环境下都不生锈。

例如在高温下,含50%的硫酸和盐酸环境中,将会发生严重的腐蚀,致使金属表面的保护膜破裂。

当然,我们也可以通过添加其他合金元,来提高抗腐蚀能力,比如,钼和铬增加了抗氯化物渗透的能力,镍可改善某些酸性环境下的抗腐蚀能力。

2.不锈钢腐蚀的几种类型

不锈钢有很多的腐蚀类型,比如点腐蚀,缝隙腐蚀,应力腐蚀,电腐蚀,接触腐蚀等。

这里我只说几个在一般环境下容易出现的腐蚀。

(1)普通腐蚀

普通腐蚀通常是均匀地溶解材料,比如在化工厂中使用不锈钢来盛装强酸时。

(2)点腐蚀

点腐蚀,就是由一点开始慢慢向外扩散的腐蚀。

在强硫酸环境中,在高浓度氯化物,例如海水氯化钠环境中,或者在中高温酸性环境,都容易发生点腐蚀,造成管路,接头等的漏气,漏水等问题。

点腐蚀一旦开始,就容易继续发展下去,因为点腐蚀部分和未腐蚀部分存在电势差。

在许多情况下,可以使用和不锈钢,来增强抗点腐蚀能力。此外,粗燥度小于0.5um的表面,有更好的抗点腐蚀能力。

(3)裂缝腐蚀

缝隙腐蚀是由氧气浓度在缝隙的局部差异引起的。

裂缝腐蚀与金属表面,垫圈,接头等缝隙中的沉积物有关,在此处,少量液体会聚集并停滞,诱发裂缝腐蚀。

据报道,木材,塑料,橡胶,玻璃和活性生物等均会引起缝隙腐蚀,一旦在缝隙内开始侵蚀,其发展很快,尤其是在氯化物环境中。

所以,通常使用含钼的不锈钢,比如,,来最大程度地减少裂缝腐蚀。当然,最佳解决方案还是消除缝隙的设计。

(4)应力腐蚀

应力腐蚀是由拉伸应力和腐蚀的共同作用引起的。

众所周知,许多合金都会经历应力腐蚀开裂,比如氨中的黄铜,硝酸盐溶液中的碳钢,海水中的铝合金等。

不锈钢在氯化物环境中容易受到应力腐蚀而开裂。

目前,应力腐蚀的机理还不完全清楚,但通过实验和经验已经找到了减小应力腐蚀的方法。

比如,使用双相不锈钢,可以提高抗应力腐蚀能力,因为它对氯化物应力腐蚀开裂具有优异的抵抗力。

3.不锈钢的分类

根据不同的微观组织结构,不锈钢可以分为马氏体,奥氏体,铁素体,及双相不锈钢(奥氏体和铁素体双相)。

不同种类的不锈钢铬镍含量

不锈钢家族

奥氏体不锈钢和双相不锈钢

奥氏体不锈钢

(1)奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢至少含有16%的铬,和6%的镍。

例如,著名的不锈钢就是奥氏体不锈钢,它含有18%的铬和8%的镍,也称为18/8不锈钢。镍的加入,可以使得奥氏体不锈钢在低温下也可以使用,而不至于脆断(低温硬脆)。

奥氏体不锈钢分为3系列和2系列不锈钢,系列不锈钢,是含铬和镍的不锈钢,而系列不锈钢,则是含铬,镍和锰的不锈钢。

此类不锈钢可以通过冷加工来硬化,但不能通过热处理来硬化。

在退火状态下,奥氏体不锈钢基本上都是非磁性的,但也有一部分可能会因为冷加工而变得略带磁性。

奥氏体不锈钢具有出色的耐腐蚀性,优异的成型性。

常用的奥氏体不锈钢有,,,等。

不锈钢:它可以承受建筑中的普通锈蚀,可以抵抗食品加工环境(高酸和氯化物高温条件除外),还可以抵抗有机化学物质,染料和多种无机化学物质。

L不锈钢(L=Low,低碳):在中等温度和浓度下能很好地抵抗硝酸和硫酸,广泛用于存储液化气,家用电器和其他消费品,像厨房设备,医院设备。

不锈钢:此类不锈钢比不锈钢含有更多的镍和2-3%的钼,所以比不锈钢具有更好的耐腐蚀性,尤其是在易于引起点蚀的氯化物环境中。

不锈钢:含有3-4%的钼,并且比含有更多的铬,可以更好地抵抗点蚀和缝隙腐蚀。

(2)铁素体不锈钢

铁素体不锈钢,是直铬系列不锈钢,它们含有10.5%-25%的铬,具有中等强度的抗腐蚀性能和较差的加工性,比如,就是铁素体不锈钢。

此类不锈钢不能通过热处理进行硬化,而只能通过冷加工进行中等程度的硬化,它们是导磁的,具有良好的延展性,并具有抗腐蚀和抗氧化性。

是最基本的铁素体不锈钢。

铁素体和马氏体不锈钢

铁素体不锈钢

(3)马氏体不锈钢

马氏体不锈钢是系列不锈钢,它的主要合金元素也是铬,相比于铁素体不锈钢,马氏体不锈钢的碳含量较高,而铬含量较低,例如和只含有12%的铬。

这类合金可以通过热处理进行硬化,有磁性,具有中等抗腐蚀性能。并且它们具有相当好的延展性,热处理后可以使其抗拉强度达到MPa。

马氏体不锈钢

不锈钢是马氏体不锈钢系列的基本合金,它在三种通用不锈钢中具有最低的合金含量,一般用于需要强度和耐腐蚀性相结合的高应力零件,例如紧固件。

不锈钢在温和的大气,蒸汽和许多温和的化学环境中具有抗腐蚀能力。

(4)双相不锈钢(奥氏体+铁素体)

双相不锈钢的微观结构是奥氏体和铁素体的混合,所以它即具有奥氏体不锈钢,也具有铁素不锈钢的特性。

比如,虽然不如铁素体不锈钢抗应力腐蚀能力强,但是它也有很高的耐氯化物应力腐蚀开裂性能,具有出色的抗点蚀和缝隙腐蚀性能,并且其屈服强度约为传统不锈钢的两倍。

型和型是典型的双相合金。

此外,一般双相不锈钢的耐蚀性,等于或优于和,并且总体而言,其抗点蚀耐性优于,因为这些合金含铬量非常高,有大约22%至25%的Cr。

(5)沉淀硬化不锈钢

这些也是铬镍钢,最大优点是可以在“固溶处理”条件下提供很高的拉伸强度。该组中最常见的是“17-4PH”,也称为不锈钢,其成分为17%铬,4%镍,4%铜和0.3%铌。

不锈钢性质对比

4.,,,,常用不锈钢的特性

,,这三种不锈钢都是奥氏体不锈钢,主要合金元素是铬和镍,大多数时候没有磁性,冷加工后略带磁性,机械物理性能差不多,主要区别在于抗腐蚀性和价格上。

而,,,C则属于马氏体不锈钢,这类不锈钢主要合金元素是铬,不含有镍元素,总体抗腐蚀性能没有奥氏体不锈钢好,有磁性。

常用不锈钢性能对比

说好的不锈钢大全

不锈钢的铬含量最少为18%,镍的含量至少为8%,因此其别名为18/8不锈钢。这种不锈钢具有优异的抗氧化和抗腐蚀性,是用途最广,最常见的奥氏体不锈钢,与不锈钢相比,成本更低。

是在的基础之上加了硫或者硒,硫或硒的添加提高了切削性,其成分至少包含17%的铬,8%的镍和0.15%的硫或硒。硫的加入会稍微降低耐腐蚀性,但增加了可加工性,这就是为什么要在紧固件,衬套,轴承和其他较小的零件中使用它的原因。

不锈钢至少包含16%的铬,10%的镍和2%的钼。和不锈钢之间的主要区别在于,不锈钢含钼。

钼的添加提高了耐腐蚀性,因为钼是一种过渡金属,具有很高的耐蚀性,它还使不锈钢具有高达℃的高耐热性。如果环境中含有大量腐蚀性元素,或者在水下的应用,首选不锈钢。

不锈钢是最常用的马氏体不锈钢之一,它包含约12%的Cr,因此具有中等的耐腐蚀性。与奥氏体(如AISI和AISI)不同,马氏体具有磁性,可以通过碳钢和低合金钢之类的热处理进行硬化。

不锈钢基本上是的高碳版本,可提供更高的强度,具有一定的耐磨性,耐腐蚀性和高硬度。此类不锈钢用于制造耐大气,水蒸气,水和氧化性酸的零件,比如轴承,仪器仪表,家用电器,导轨等。

,C是高碳高铬马氏体不锈钢,具有高强度,良好的硬度,耐腐蚀性,耐磨性和高温尺寸稳定性。不锈钢可以采用与合金钢相同的方式进行淬火和回火。C,由于其较高的退火硬度和磨料碳化铬而难以加工。

和C不锈钢用于在腐蚀性环境中工作的轴承零件,还可以用于制造高质量的工具,例如医用手术刀,外科和牙科器械,弹簧,餐具,凸轮,球轴承,测量工具等。

好了,关于一般的不锈钢,我们就先说到这里吧。

那么,到底什么是什么是食品级不锈钢?和一般不锈钢有什么区别?

常见的食品级不锈钢有哪些?如何分辨不锈钢是不是食品级不锈钢?

怎么选择不锈钢餐具和杯具?什么是最健康的餐具?什么不锈钢是最好的餐具?

使用不锈钢餐具应该注意什么问题?如何维护和清洁不锈钢餐具?

别急,这不是今天要说的,我们有的是时间慢慢聊,毕竟写作这件事是为了终身成长。

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