不銹鋼有幾百個鋼種,性能各異。不銹鋼目前常用的分類方法是按鋼的組織結構特點和鋼的化學成分特點或兩者結合的方法來分類。如不銹鋼分為:鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼或時效硬化型五大類(見圖2-4、圖2-5);或鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大類。
一、不銹鋼的類別
1. 鐵素體不銹鋼(鐵-鉻合金)
具有體心立方體晶體結構。它們具備不銹鋼的耐腐蝕性能,但是有時很難焊接制作。它們有磁性,冷加工可使其輕微硬化。例如,S40900(409)含10.5%~11.7%Cr,S43000(430)含16%~18%Cr,基本元素是鐵。用鐵素體不銹鋼制成的消費產品價格較低(如汽車的排氣系統及裝飾和扁平餐具等)。
2. 奧氏體不銹鋼(鐵-鉻-鎳、鐵-鉻-錳-鎳合金)
有些用于特殊用途的不銹鋼也含有氮、銅、硅和其他元素。奧氏體不銹鋼具有面心立方體晶體結構。為了獲得這種結構,通過添加合金,主要是鎳,還有錳和氮,抑制奧氏體/鐵素體轉化溫度,使常溫下奧氏體相呈穩定狀態(見圖2-3).這些合金在舊的AISI系統中屬于200和300系列。它們一般情況下沒有磁性,冷加工可使其顯著硬化,具有優異的成形性和焊接性,與碳鋼相比導熱率低、強度高、熱膨脹系數大。這種合金主要是S30400(304),18%~20%Cr,8%~10.5%Ni,其余的是鐵。主要是指18-8不銹鋼,這兩個數字表示鉻和鎳的大致含量。它們的主要用途是各種類型的設備,包括工業產品生產和加工行業所用的容器和管材,建筑,公用設施,裝飾及許多生活消費品,如:水池、清洗用的盆、廚具、鍋和扁平餐桌用具等。需要焊接時,常用低碳鋼種 S30403(304L)。
3. 馬氏體不銹鋼(鐵-鉻合金)
馬氏體不銹鋼也是鐵鉻合金,但是碳含量和其他硬化劑的含量高于鐵素體。它們有磁性、堅固、強度高但延展性不如奧氏體,熱處理可使其硬化,不易焊接制作。典型的馬氏體鋼種如 S41000(410),11.5%~13.5%Cr,碳的最大含量為0.15%,其余成分是鐵。常用來制作耐腐蝕軸承、刀剪、閥門和壓縮機部件。
4. 雙相不銹鋼
這種合金通常是鐵-鉻-鎳合金,鎳含量低于奧氏體鋼,有些也可以含有鉬或其他元素。具有奧氏體和鐵素體的雙相結構,與奧氏體鋼相比有兩大優點,即更能抗氯化物應力腐蝕斷裂和機械性能更高。在正常操作溫度仍保持良好韌性的情況下,雙相不銹鋼的屈服強度一般要高于2~3倍,抗拉強度要高出25%,其耐點蝕的能力優于或與316L相當,具有耐晶間腐蝕,耐風化和海水腐蝕性能,熱膨脹系數與碳鋼相似,與碳鋼構成焊件內應力小。雙相不銹鋼主要用于化工、石油等行業,特別是需要耐氯化物應力腐蝕性能較好的環境中。
5. 沉淀硬化或時效硬化不銹鋼
主要是鐵-鉻-鎳合金,其中還加有其他元素。它是在馬氏體、奧氏體、雙相鋼的組織上經過熱處理沉淀析出細小、彌散的硬化相,當這些細小硬化相出現時,會使晶格扭曲,使合金硬化或強化。S17400(17-4PH)常用的成分是15%~17.5%Cr,3%~5%Cu,0.15%~0.45%Cb,3%~5%Ni,其余為鐵。這種合金常用于對強度和耐腐蝕性要求很高的環境下。有許多這類的鋼種可以在軟化或退火狀態下進行成型加工,隨后進行硬化或“時效”處理。這類不銹鋼常用來作桿件、緊固件等,時效硬化不銹鋼的最好用途之一是制作高爾夫球桿的頭部。
二、不銹鋼的命名
早期的AISI系統將不銹鋼合金按其晶體結構進行分類。但是,早期的分類方法不適合許多新鋼種,因此,舊的命名正在被美國汽車工程師協會(SAE)和美國材料與試驗學會(ASTM)的 UNS方法所替代。這種方法用6個字符給金屬和合金一個特有的名稱,它可以表示出材質。例如UNS牌號S30403替代AISI的304L.最后的兩位數03表示可允許的最大碳含量。對其他合金,不同的數字可以表示其他參數值,并不是最后的數字都表示碳含量。在UNS牌號中,數字前面的字母適用于不同的合金等級,如S表示耐高溫和耐腐蝕鋼種(包括不銹鋼)、閥門鋼和鐵基“超合金”,J表示鑄鋼(工具鋼除外),N表示鎳合金等。值得注意的是,一些國家可能使用不同的命名和牌號系統。例如,歐洲常用的是EN合金牌號系統。這種方法是用1.4301和1.4401分別代替S30400(304)和S31600(316)。