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    特殊性能鋼

    發布日期: 2022-11-03
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    特殊性能鋼

     

    特殊性能鋼是指不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等一些具有特殊的物理和化學性能的鋼。

    1.不銹鋼

    不銹鋼是指在大氣和一般介質中具有高耐蝕性的鋼,其主要矛盾是耐蝕性和強度及塑初性的合理兼顧。不銹鋼合金化的主要成分是鉻元素,其耐蝕能力遵循“n/8"規律(單相合金的耐蝕能力隨耐蝕組分的原子數與合金總原子數之比為n/8(n=1.2.3‥‥7)呈階梯式升高,合金電勢相應升高,稱作“n/8"經驗總結規律)。不銹鋼按組織狀態分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。

     

    新西蘭Len Lye中心博物館,外立面采用了高度拋光316奧氏體不銹鋼,并做了藝術曲度造型。圖源網絡

    典型的鐵素體不銹鋼為10Cr17,這類鋼加熱后仍為單相鐵素體組織,不能熱處理強化,一般用于工作應力不大的化工設備、容器和管道以及食品工廠設備等。

    典型的馬氏體不銹鋼為12Cr13、20Cr13、30Cr13、40Cr13等,這類鋼具有較高的強度、硬度及耐磨性,是不銹鋼中力學性能較好的鋼種。其缺點是耐蝕性稍低、焊接性差,主要用于制作彈簧、汽輪機葉片、水壓機閥及醫療器械等。

    不銹鋼中用量最大的是奧氏體不銹鋼,它是不銹鋼中耐蝕性較好的鋼種,并具有良好的韌性、塑性及焊接性。這類鋼用來制作耐酸設備,如耐蝕容器及設備襯里、輸送管道、耐硝酸的設備零件等。奧氏體不銹鋼的主要問題是晶界腐蝕。消除或減弱晶界腐蝕傾向的措施從合金化的角度考慮主要是盡可能地降低碳含量和加入鈦、釩等元素,從后續的熱處理工藝方面考慮,應該根據合金元素的碳化物形成規律和碳化物溶解、析出的熱力學及動力學規律,設計和制訂熱處理工藝參數。

    2.耐熱鋼

     

    中國產150萬噸工業汽輪機,核心部件是上千個葉片組成的轉子,其工作溫度約在300~500℃。圖源網絡

    耐熱鋼是抗氧化鋼和熱強鋼的總稱,主要用在高壓鍋爐、汽輪機、內燃機、熱處理爐等設備上。在高溫下有較好的抗氧化性又有一定強度的鋼稱為抗氧化鋼??寡趸灾饕ㄟ^加入一定量的Cr、Al、Si等元素,形成致密的、連續的氧化膜,如Cr2O3、Al2O3、SiO2等,保護鋼不繼續氧化,從而提高鋼的抗氧化能力。鋼的高溫強度和組織穩定性是耐熱鋼設計與處理工藝的主要矛盾。從合金化方面考慮,提高鋼的高溫強度及其穩定性的主要措施有增強固溶體原子間的結合力、強化晶界、穩定第二相的彌散強化。鋼中加入的Cr、Mo、W、Ni等元素可溶入基體,強化固溶體,使再結晶溫度提高,從而增強鋼在高溫下的強度。Cr、Mo、W、V等元素還可形成硬度高、熱穩定性好的碳化物,分布在基體上起到彌散強化的作用。

    3.耐磨鋼

     

    維護中的坦克履帶。一輛中型坦克重量約在50噸,單條履帶平均自重2噸左右,除承受凹凸不平路面的摩擦力,還要考慮炮彈的高沖擊力。圖源網絡

    耐磨鋼通常是指在沖擊載荷作用下產生沖擊硬化的高錳鋼,其主要成分是:wC=1.0%~1.4%,wMn=11%~14%,牌號為ZGMn13。這種鋼機械加工較困難,基本上鑄造成形。生產上常采用“水韌處理",以保持均勻的奧氏體狀態。當奧氏體受到強烈磨損和沖擊時,由于塑性變化,引起了加工硬化,促使表面奧氏體轉變成馬氏體,使鋼具有高硬度和高耐磨性。高錳鋼零件在使用過程中,必須承受劇烈沖擊或較大壓力時,才能顯示出高的耐磨性。高錳鋼常來制造破碎機齒板、大型球磨機襯板、挖掘機鏟齒、坦克和拖拉機履帶及鐵軌道岔等,又由于它在受力變形時可吸收大量能量,不易被擊穿,因此可制造裝甲車板、保險箱板等。


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