不鏽鋼的（de）力學性能

特 性（xìng）

　　不鏽鋼的發（fā）展是因為有其自身的特性，而特性滿足了需要。不鏽鋼的最重要（yào）的特性是耐蝕性能，但是又絕不（bú）是僅僅具有耐蝕性能，而且還具（jù）有特有的力（lì）學性能（néng）（屈服強度、抗拉強度（dù）、蠕變強度、高溫強度、低溫強度等）、物理性能（密度、比熱容、線膨脹係數、、導熱係數、電阻率、磁導率、彈性係（xì）數等）、工藝性能（成（chéng）形性能、焊接性能、切削性能等）以及金相（相組成（chéng）、組織結構等）等。這些性能構成了不鏽（xiù）鋼的（de）特性，下麵僅就其中一些（xiē）最基本的特性進行（háng）簡要的介（jiè）紹。

　　一、力學性能

　（一）強度（抗拉強（qiáng）度、屈服強度）

　　不鏽鋼的強度是由各種因（yīn）素不確定，但最重要的和最基本的因素是其中添加（jiā）的不同化（huà）學因素，主要是金屬元素。不同類型的不鏽鋼由於其化學成分的差異，就有不同的強度特性。

　　（1）馬氏體型（xíng）不鏽鋼

　　馬（mǎ）氏體型不鏽鋼與普通合金鋼（gāng）一（yī）樣具有（yǒu）通過淬火實現硬化的（de）特性，因此可通過選擇牌號及熱處理條件（jiàn）來得（dé）到較大範圍的不同的力（lì）學（xué）性能。

　　馬氏體型不鏽鋼從大的方麵來區分，屬於鐵-鉻-碳係不鏽鋼。進而可分為馬氏體鉻係不鏽鋼（gāng）和馬氏體鉻鎳係不鏽鋼。在馬（mǎ）氏（shì）體鉻係不鏽鋼中添加鉻（gè）、碳和鉬等元素時強度的變化趨勢和在馬（mǎ）氏體鉻係（xì）不鏽鋼中添（tiān）加鎳的強度特性如下所述。

　　馬氏體鉻係不鏽鋼在淬火-回火條件下，增加鉻的含量可使鐵素體含量增加，因而會降低（dī）硬度和抗拉強度。低碳馬氏體鉻不鏽鋼在退火條件下，當鉻含量增加時硬度有所提高，而（ér）延伸率略有下降。在鉻含量一定（dìng）的條件下，碳含量的增加使鋼在淬火後的（de）硬（yìng）度也隨之增（zēng）加，而塑性降低。添加（jiā）鉬的主要目的是提高鋼的強度、硬度及二次硬化效果。在進（jìn）行低溫淬火後，鉬的添（tiān）加效果十（shí）分明顯。含量通常少於1%。

　　在馬氏體鉻鎳係不鏽鋼中，含一定量的鎳可降（jiàng）低鋼中的δ鐵素體含量，使鋼得（dé）到最大硬度值。

　　馬（mǎ）氏體型不鏽鋼的化學（xué）成分特征是，在0.1%-1.0%C，12%-27%Cr的不同成分組合基礎上添加鉬、鎢、釩、和铌等元素。由（yóu）於組織結構為體心立方結構，因（yīn）而在（zài）高（gāo）溫下強度急劇下降。而在600℃以下，高溫強度在各類不鏽鋼中最高，蠕變強度也最（zuì）高。

　(2)鐵素體型不鏽鋼

　　據研究結果，當鉻含量（liàng）小於25%時鐵素體（tǐ）組織會抑製馬（mǎ）氏體組（zǔ）織（zhī）的形成，因而隨鉻含量的增加其強度（dù）下降（jiàng）；高於25%時由（yóu）於合金的固溶強（qiáng）化作用，強度略有提高。鉬含量的（de）增加可使其更易獲得鐵素（sù）體組織，可促進（jìn）α ’相、б相和x相的析出，並經（jīng）固溶強化（huà）後其強度（dù）提高。但（dàn）同時也提高了缺口敏感性（xìng），從而（ér）使韌性降低。鉬提高鐵素體型不鏽鋼強度的作（zuò）用大於鉻的作用。

　　鐵素體型不鏽鋼的化學成分（fèn）的特征是含11%-30%Cr，其中添（tiān）加铌和鈦。其高溫強（qiáng）度在各類不（bú）鏽鋼中是最低的，但對熱疲勞的抗力最（zuì）強。

　（3）奧氏體型不鏽鋼

　　奧氏體型不鏽鋼中增（zēng）加碳的含量後，由於其固溶（róng）強化作（zuò）用使強度得到提高。

　　奧氏體型不鏽（xiù）鋼（gāng）的化學成分特性是以鉻、鎳為基礎添加（jiā）鉬、鎢、铌和鈦等元素。由於（yú）其（qí）組織為麵心（xīn）立方結構，因而在高溫下有高的強度和蠕變強（qiáng）度。還由於線膨脹係數大，因此比鐵（tiě）素體型不鏽鋼熱疲（pí）勞強（qiáng）度差。

　（4）雙相不鏽鋼

　　對鉻含量約為25%的雙相不鏽鋼的（de）力學性能研究表明，在α+r雙相區內鎳含量增加時r相也增加。當鋼中的鉻（gè）含量為5%時，鋼的屈服強度達到最（zuì）高值；當鎳含量為10%時，鋼的強度達到最（zuì）大值。

　（二）蠕變強（qiáng）度

　　由於外力（lì）的（de）作用隨（suí）時間的增加而發生變形的現（xiàn）象稱之為蠕變。在一定（dìng）溫（wēn）度下特別是在高溫下、載荷越大則發生蠕變的速度越快；在一定載（zǎi）荷下，溫度越高和時間越（yuè）長則發生蠕變（biàn）的可能性越大。與此相反，溫度越低（dī）蠕變速度越（yuè）慢，在低至一定溫度時蠕變（biàn）就不成問題（tí）了。這（zhè）個（gè）最低溫（wēn）度依鋼種而異，一（yī）般（bān）來說純鐵在330℃左右，而不鏽鋼則因己采取（qǔ）各種措施（shī）進（jìn）行了強化，所以（yǐ）該溫度是550℃以上。

　　和其他鋼一樣，熔煉方式、脫氧（yǎng）方法、凝固方（fāng）法、熱（rè）處理和加工等對不鏽鋼的蠕變特性有很大的影響。據介（jiè）紹，在美國進行的對18-8不（bú）鏽鋼進行蠕（rú）變強度試驗表明，取自同一鋼錠同一部位的試料的蠕變斷裂時間的（de）標準今偏差是平均值的約11%，而取自不同鋼錠的上、中（zhōng）、下不同部位的試料的標準偏差與平均值相差則達到兩倍之多。又據在（zài）德（dé）國進行的試驗結果表明，在10的5次冪h時間下0Cr18Ni11Nb鋼的強度為小於49MPa至118MPa，散差很大。

　（三）疲勞強度

　　高溫疲勞是指材料在高溫下由於周期反複變化著的應力的作用而發生損傷至斷裂的過程。對其進行（háng）的研究結果表明，在某一高溫下，10的8次冪次高溫疲勞強度是該溫度下高溫抗拉強度的1/2。

　　熱疲勞是指在進行加熱（膨（péng）脹）和冷卻（què）（收（shōu）縮）的過程中，當溫度發生變化和受到來自外部的約束力（lì）時，在材料的內部相應於其本身的膨脹和收縮變形產生應力，並使材料發生（shēng）損傷。當快速（sù）地反複加熱和冷卻時其應力就具衝擊性，所產（chǎn）生的應力與通常情況（kuàng）相比更大，此（cǐ）時（shí）有的材料呈脆性破壞。這種現象被稱之為縶衝擊。熱疲勞和熱衝擊是有著相似之處的現象，但前者主要伴隨大的塑性（xìng）應變，而後者的破壞主要是脆性破壞。

　　不鏽鋼（gāng）的成分和熱處理條件對高溫疲（pí）勞（láo）強度（dù）有影響。特別是當碳的含量增加時高溫疲勞強度明（míng）顯提高（gāo），固溶熱處理溫度也有顯著的影響。一般（bān）來說鐵素（sù）體型不鏽鋼具有良好的（de）熱疲勞性能。在奧氏（shì）體不鏽鋼（gāng）中，高矽的且在高溫下具（jù）有良（liáng）好的延伸性的牌號有著良好的熱疲勞性能。

　　熱（rè）膨（péng）脹係數（shù）越小、在同一熱周期作用下應變量越小、變形抗（kàng）力越（yuè）小和斷裂強度越（yuè）高，壽命就越長。可以說馬氏體型不鏽鋼1Cr17的疲勞壽命最（zuì）長，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等（děng）奧氏體型不鏽鋼的（de）疲（pí）勞壽命最短。另外鑄件較鍛件（jiàn）更易發生由於熱疲勞引起的破壞。在室溫下，10的7次冪次疲勞強度是抗拉強度的1/2。與高（gāo）溫（wēn）下的疲勞強度（dù）相比可知，從室溫到高溫的溫度範（fàn）圍內疲勞（láo）強度沒有太大的（de）差異。

　（四）衝擊（jī）韌性

　　材料在衝擊載荷作用下，載荷變形曲線所包括的麵積稱為衝擊韌性。對於鑄（zhù）造（zào）馬氏體時效不鏽鋼，當鎳（niè）含量為5%時其衝擊韌性較低。隨著鎳含量的增加，鋼的強度和韌性（xìng）可得到改善，但鎳含量大於8%時，強度和韌性值又一次下降。在馬氏體鉻鎳係（xì）不鏽鋼中（zhōng）添加鉬（mù）後，可提高鋼的強度且（qiě）可保持（chí）韌性不變。

　　在鐵（tiě）素體型不鏽鋼中增加鉬的含量雖可提高強度，但缺口敏感性也被提高而使韌（rèn）性下降。

　　在奧氏體型不（bú）鏽鋼（gāng）中具（jù）有（yǒu）穩定奧氏體組織和（hé）鉻鎳係奧氏體不鏽鋼的韌性（室溫（wēn）下韌性和低溫下韌性）非常優良，因而適用於在室溫下和低溫下的各種環境中使用。對於有穩定奧氏體組織和鉻錳係（xì）奧氏體不（bú）鏽（xiù）鋼。添（tiān）加鎳可進一步改善（shàn）其韌性。

　　雙相不鏽鋼（gāng）的衝擊韌性隨鎳含量的增加而提（tí）高。一（yī）般來說，在a+r兩相區（qū）內其衝擊韌性（xìng）穩定在160-200J的範圍內。