不锈钢手册

第1章 引论1

1.1 不锈钢概述1

1.1.1 不锈钢的发展概述1

1.1.1.1 不锈钢发展历史1

1.1.1.2 不锈钢发展现状2

1.1.2 不锈钢组织性能概述3

1.1.3 不锈钢品种概述6

1.1.3.1 奥氏体不锈钢6

1.1.3.2 铁素体不锈钢6

1.1.4 双相不锈钢6

1.2 国外不锈钢的生产和现状7

1.2.1 国外不锈钢的现状7

1.2.1.1 不锈钢市场7

1.2.1.2 不锈钢产量8

1.2.1.3 不锈钢消费量9

1.2.2 国外不锈钢的生产9

1.2.2.1 原材料9

1.2.2.2 工艺技术及装备10

1.2.2.3 现代生产技术10

1.2.3 国外生产不锈钢工厂类型及特点11

1.2.3.1 大型钢铁联合企业内设置不锈钢工厂11

1.2.3.2 专业化不锈钢厂12

1.2.3.3 在特殊钢企业中生产不锈钢13

1.2.4 国外不锈钢生产的发展趋向和重大先进技术13

1.2.5 国外不锈钢钢种的发展15

1.2.5.1 马氏体不锈钢15

1.2.5.2 铁素体不锈钢16

1.2.5.3 奥氏体不锈钢18

1.2.5.4 双相不锈钢19

1.2.5.5 沉淀硬化型不锈钢21

1.3 我国不锈钢的生产和现状22

1.3.1 我国不锈钢的发展22

1.3.1.1 总体发展22

1.3.1.2 我国大型现代化不锈钢企业的发展22

1.3.1.3 我国民营特色不锈钢企业的发展23

1.3.2 我国不锈钢的现状24

1.3.2.1 我国的不锈钢市场24

1.3.2.2 我国的不锈钢的供应状况25

1.3.2.3 我国的不锈钢的消费状况26

1.3.3 国内不锈钢的生产27

1.3.3.1 工艺技术设备27

1.3.3.2 品种与质量27

1.3.3.3 我国不锈钢主要生产企业和特点28

1.3.4 我国不锈钢产业存在的问题28

1.4 不锈钢产业的发展和趋势30

1.4.1 全世界不锈钢的发展30

1.4.1.1 全世界不锈钢消费现状30

1.4.1.2 全世界主要钢厂不锈钢生产现状31

1.4.1.3 全世界不锈钢发展前景31

1.4.1.4 影响不锈钢的发展因素和面临的问题31

1.4.2 全世界主要不锈钢钢铁公司的发展32

1.4.2.1 从企业发展战略类型看各大钢铁公司的发展32

1.4.2.2 KTS的发展33

1.4.2.3 Acerinox集团的发展33

1.4.2.4 于齐诺尔的发展34

1.4.2.5 POSCO的扩张发展35

1.4.2.6 Avestapolarito公司的发展35

1.4.2.7 日本各大钢铁公司间的不锈钢业务合作关系36

1.4.3 中国不锈钢产业的发展37

1.4.3.1 整体趋势37

1.4.3.2 未来中国不锈钢市场需求预测37

1.4.3.3 不锈钢品种发展趋势38

1.4.4 中国不锈钢产业发展对策40

参考文献41

第2章 不锈钢的定义、分类和牌号42

2.1 不锈钢的定义42

2.1.1 定义42

2.1.2 不锈钢的成分特点42

2.2 不锈钢的分类44

2.2.1 分类44

2.2.2 分类介绍45

2.2.2.1 马氏体不锈钢45

2.2.2.2 铁素体不锈钢46

2.2.2.3 奥氏体不锈钢48

2.2.2.4 双相不锈钢50

2.2.2.5 沉淀硬化型不锈钢52

2.2.3 不锈钢的基本性能54

2.2.3.1 力学性能54

2.2.3.2 物理性能58

2.2.3.3 不锈钢的腐蚀方式与腐蚀性能61

2.2.3.4 不锈钢的主要特性对比67

2.2.3.5 分类不锈钢的基本性能总结70

2.3 不锈钢的牌号74

2.3.1 中外不锈钢牌号表示方法74

2.3.1.1 中国74

2.3.1.2 法国78

2.3.1.3 德国79

2.3.1.4 国际标准化组织79

2.3.1.5 日本79

2.3.1.6 韩国80

2.3.1.7 俄罗斯81

2.3.1.8 瑞典81

2.3.1.9 英国83

2.3.1.10 美国84

2.3.2 中国不锈钢牌号85

2.3.2.1 中国GB标准不锈钢棒材与钢板85

2.3.2.2 中国GB标准不锈钢无缝钢管的钢号与化学成分96

2.3.2.3 中国GB标准流体输送用不锈钢无缝钢管98

2.3.2.4 中国GB标准不锈钢丝100

参考文献103

第3章 不锈钢的组织104

3.1 铁素体不锈钢104

3.1.1 概述104

3.1.2 分类105

3.1.2.1 按合金元素Cr含量分类105

3.1.2.2 按杂质含量分类105

3.1.3 铁素体不锈钢的组织106

3.1.3.1 FeCr二元合金相图106

3.1.3.2 FeCrC、FeCrN三元合金相图107

3.1.3.3 铁素体不锈钢中的相107

3.1.4 合金元素对铁素体不锈钢的影响110

3.1.4.1 铬元素的影响111

3.1.4.2 钼元素的影响115

3.1.4.3 镍元素的影响122

3.1.4.4 钛及铌元素的影响124

3.1.4.5 其他元素的影响127

3.1.4.6 碳和氮等杂质元素的影响129

3.1.5 铁素体的共性130

3.1.5.1 475℃脆性130

3.1.5.2 σ相脆性133

3.1.5.3 高温脆性133

3.1.5.4 碳、氮化物的析出134

3.1.6 铁素体不锈钢的抗蚀性136

3.1.6.1 晶间腐蚀136

3.1.6.2 应力腐蚀138

3.1.6.3 点腐蚀140

3.1.6.4 缝隙腐蚀142

3.1.6.5 均匀腐蚀143

3.2 沉淀硬化型不锈钢144

3.2.1 概述144

3.2.2 分类144

3.2.3 马氏体系沉淀硬化不锈钢145

3.2.3.1 化学成分与特点145

3.2.3.2 组织特征146

3.2.3.3 力学性能147

3.2.3.4 焊接性能147

3.2.3.5 热处理制度148

3.2.4 半奥氏体型沉淀硬化不锈钢149

3.2.4.1 化学成分与特点149

3.2.4.2 组织特征150

3.2.4.3 力学性能151

3.2.4.4 焊接性能151

3.2.4.5 热处理制度152

3.2.5 奥氏体型沉淀硬化不锈钢153

3.2.6 奥氏体铁素体沉淀硬化不锈钢154

3.3 马氏体不锈钢154

3.3.1 概述154

3.3.2 马氏体铬不锈钢的相图和相155

3.3.3 合金元素对马氏体铬不锈钢组织和性能的影响155

3.3.3.1 铬的影响155

3.3.3.2 碳的影响157

3.3.3.3 钼的影响158

3.3.4 马氏体铬镍不锈钢的相图和相159

3.3.5 合金元素对马氏体铬镍不锈钢组织和性能的影响161

3.3.5.1 镍的影响161

3.3.5.2 钼的影响163

3.3.5.3 铝的影响165

3.3.5.4 铜的影响166

3.3.5.5 钴的影响166

3.3.5.6 碳和氮的影响168

3.3.5.7 钛的影响168

3.4 奥氏体不锈钢169

3.4.1 概述169

3.4.2 奥氏体不锈钢中的相169

3.4.2.1 铁素体相的形成170

3.4.2.2 马氏体转变172

3.4.2.3 碳化物及氮化物沉淀175

3.4.2.4 金属间相的形成180

3.4.3 合金元素对奥氏体不锈钢组织和性能的影响183

3.4.3.1 碳的影响184

3.4.3.2 铬的影响184

3.4.3.3 镍的影响188

3.4.3.4 钼的影响193

3.4.3.5 氮的影响195

3.4.3.6 铜的影响199

3.4.3.7 硅的影响204

3.4.3.8 锰的影响206

3.4.3.9 钛和铌的影响209

3.4.3.1 0硫的影响211

3.4.3.1 1磷的影响212

3.4.3.1 2硼的影响214

3.4.3.1 3稀土元素的影响215

3.5 双相不锈钢217

3.5.1 概论217

3.5.1.1 双相不锈钢的定义217

3.5.1.2 双相不锈钢的历史218

3.5.1.3 双相不锈钢的分类及代表牌号219

3.5.2 相组成222

3.5.2.1 双相不锈钢相图222

3.5.2.2 合金元素对相组成的作用225

3.5.2.3 合金元素在两相间的分配227

3.5.3 组织转变229

3.5.3.1 组织转变的特点229

3.5.3.2 双相不锈钢中的组织转变及相的析出229

3.5.4 双相不锈钢的力学性能246

3.5.4.1 力学性能特点及强化机制246

3.5.4.2 力学性能247

3.5.4.3 双相不锈钢超塑性变形248

3.5.4.4 双相不锈钢的加工及工艺性能250

3.5.5 双相不锈钢的耐腐蚀性能250

3.5.6 双相不锈钢的焊接性能253

3.5.7 化学成分与合金元素的作用254

3.5.7.1 化学成分254

3.5.7.2 合金元素的作用255

3.5.7.3 合金元素的综合作用259

3.5.7.4 组织的作用259

3.5.8 双相不锈钢在工业中的应用及新开发的几种双相不锈钢260

3.5.8.1 双相不锈钢在工业中的应用260

3.5.8.2 新开发的几种双相不锈钢262

3.5.9 含氮的双相不锈钢和新型稀土双相不锈钢262

3.5.9.1 含氮双相不锈钢262

3.5.9.2 含氮双相不锈钢的冶炼工艺263

3.5.9.3 新型稀土双相不锈钢264

3.5.10 奥氏体马氏体双相不锈钢265

参考文献266

第4章 不锈钢的耐腐蚀性268

4.1 不锈钢中腐蚀的方式、简介和原理268

4.1.1 不锈钢的腐蚀问题现状268

4.1.2 不锈钢的钝性269

4.1.2.1 钝性269

4.1.2.2 钝性的电化学含义270

4.1.2.3 钝性的破坏与修复272

4.1.2.4 合金成分及显微结构对不锈钢钝化的影响274

4.1.3 不锈钢的腐蚀类型276

4.1.4 不锈钢腐蚀行为的测量和评定方法282

4.1.4.1 腐蚀评定和测量方法综述282

4.1.4.2 电化学测量方法286

4.1.5 各种不锈钢的耐腐蚀性能和防护方法287

4.2 点腐蚀288

4.2.1 点腐蚀的基本概念和不锈钢的点腐蚀现象288

4.2.2 点腐蚀的产生条件289

4.2.3 点腐蚀的形貌特征290

4.2.4 点腐蚀的电化学特性291

4.2.5 不锈钢点腐蚀的生长机理293

4.2.6 影响不锈钢点腐蚀性能的因素和防止措施295

4.2.6.1 影响不锈钢点腐蚀的材料因素295

4.2.6.2 影响不锈钢点腐蚀的环境因素297

4.2.6.3 不锈钢点腐蚀的防止措施298

4.2.7 几种主要不锈钢的耐点腐蚀性能298

4.2.7.1 奥氏体不锈钢的耐点腐蚀性能298

4.2.7.2 铁素体不锈钢的耐点腐蚀性能304

4.2.7.3 马氏体不锈钢的耐点腐蚀性能305

4.2.7.4 双相不锈钢的耐点腐蚀性能308

4.2.8 点腐蚀试验方法310

4.2.8.1 点腐蚀的化学浸泡试验方法310

4.2.8.2 点腐蚀的电化学试验方法316

4.2.8.3 点腐蚀现场试验323

4.3 缝隙腐蚀323

4.3.1 概述323

4.3.2 影响缝隙腐蚀的因素及其防止措施325

4.3.3 缝隙腐蚀图谱326

4.3.4 各种不锈钢的缝隙腐蚀328

4.4 晶间腐蚀328

4.4.1 概述328

4.4.2 晶间腐蚀产生的原因及其影响因素329

4.4.3 几种特殊形式的晶间腐蚀330

4.4.4 晶间腐蚀图谱331

4.4.5 防止晶间腐蚀的途径及其评定方法337

4.4.6 奥氏体不锈钢的晶间腐蚀339

4.4.7 其他类型不锈钢的晶间腐蚀340

4.5 应力腐蚀342

4.5.1 概述342

4.5.2 应力腐蚀破裂产生的条件及其机理342

4.5.3 影响应力腐蚀的因素及其防止措施344

4.5.4 应力腐蚀图谱345

4.5.5 各种不锈钢的应力腐蚀351

4.6 疲劳腐蚀、电偶腐蚀、磨损腐蚀以及气腐蚀352

4.6.1 疲劳腐蚀352

4.6.1.1 引言352

4.6.1.2 冶金因素的影响355

4.6.1.3 试验和环境因素的影响357

4.6.2 电偶腐蚀359

4.6.3 磨耗腐蚀361

4.6.4 气蚀362

4.7 全面腐蚀363

4.7.1 引言363

4.7.2 腐蚀速度的表达方式367

4.7.3 酸369

4.7.3.1 硫酸369

4.7.3.2 盐酸371

4.7.3.3 磷酸371

4.7.3.4 硝酸372

4.7.3.5 有机酸374

4.7.3.6 其他酸375

4.7.4 碱375

4.8 燃气腐蚀和熔融物腐蚀376

4.8.1 引言376

4.8.2 氧化377

4.8.2.1 引言377

4.8.2.2 氧化的特征377

4.8.2.3 成分的影响378

4.8.2.4 显微组织的影响381

4.8.2.5 环境的影响383

4.8.3 硫化384

4.8.3.1 引言384

4.8.3.2 二硫化碳环境385

4.8.3.3 氢硫化氢环境386

4.8.3.4 硫蒸气386

4.8.3.5 燃烧气氛387

4.8.4 渗碳387

4.8.5 氮化389

4.8.6 卤素气体390

4.8.7 熔融物391

参考文献392

第5章 不锈钢的物理及力学性能393

5.1 不锈钢的力学性能393

5.1.1 力学性能的一般规律393

5.1.1.1 铁素体不锈钢393

5.1.1.2 马氏体不锈钢396

5.1.1.3 奥氏体不锈钢400

5.1.1.4 沉淀硬化型不锈钢410

5.1.1.5 产品形状对力学性能的影响412

5.1.2 强度和强化414

5.1.2.1 奥氏体不锈钢的强度规律414

5.1.2.2 超高强度不锈钢416

5.1.3 韧性和韧化419

5.1.3.1 韧性的意义419

5.1.3.2 韧化的措施421

5.1.4 应力腐蚀断裂425

5.1.4.1 概述425

5.1.4.2 奥氏体不锈钢的氯脆427

5.1.4.3 不锈钢的其他应力腐蚀断裂449

5.1.5 氢脆453

5.1.5.1 氢脆基础知识453

5.1.5.2 机理458

5.1.5.3 马氏体及沉淀硬化不锈钢460

5.1.5.4 奥氏体不锈钢氢脆性462

5.2 不锈钢的物理性能466

5.2.1 概述466

5.2.1.1 物理性能与温度的相关性467

5.2.1.2 低温下的物理性能468

5.2.2 奥氏体不锈钢的物理性能470

5.2.3 双相不锈钢的物理性能471

5.2.4 沉淀硬化不锈钢的物理性能471

5.2.5 马氏体不锈钢的物理性能471

5.2.6 变形不锈钢的室温物理性能472

5.2.7 铸造不锈钢的室温物理性能472

参考文献477

第6章 不锈钢的生产工艺478

6.1 不锈钢的冶炼478

6.1.1 不锈钢主要冶炼工艺设备的配置478

6.1.2 不锈钢的冶炼工艺路线480

6.1.2.1 不锈钢一步法冶炼工艺480

6.1.2.2 不锈钢二步法冶炼工艺482

6.1.2.3 不锈钢三步法冶炼工艺492

6.1.2.4 炉料与不锈钢冶炼工艺494

6.1.3 不锈钢冶炼工艺路线的选择496

6.2 不锈钢的浇铸498

6.2.1 不锈钢模铸浇铸498

6.2.2 不锈钢连铸浇铸499

6.2.2.1 不锈钢连铸的发展概况500

6.2.2.2 不锈钢连铸设备502

6.2.2.3 中间包冶金503

6.2.2.4 钢水和铸坯在结晶器内的行为504

6.2.2.5 铸坯凝固技术506

6.2.2.6 特殊不锈钢的连铸技术507

6.2.2.7 大方坯和小方坯的连铸技术508

6.2.2.8 薄板坯连铸技术508

6.2.2.9 不锈钢连铸中常见的问题511

6.3 不锈钢的加工513

6.3.1 不锈钢板的生产技术513

6.3.1.1 不锈钢板的生产过程513

6.3.1.2 不锈钢板的热轧514

6.3.1.3 不锈钢板的冷轧516

6.3.2 不锈钢的热处理518

参考文献518

第7章 不锈钢的应用520

7.1 引言520

7.2 不锈钢的特性520

7.3 不锈钢的应用523

7.3.1 不锈钢在建筑领域的应用526

7.3.1.1 高耐蚀性不锈钢的开发527

7.3.1.2 造型性和表面加工、表面处理528

7.3.1.3 建筑结构用不锈钢530

7.3.1.4 从用户看建筑用不锈钢531

7.3.1.5 建筑用装潢材料532

7.3.1.6 使用建筑结构用不锈钢材料的系统构架533

7.3.1.7 不锈钢建筑用螺栓534

7.3.1.8 不锈钢在建筑业中应用实例535

7.3.2 不锈钢在海洋装置上的应用538

7.3.2.1 海水腐蚀538

7.3.2.2 高速船用高强度双相不锈钢543

7.3.2.3 其他应用549

7.3.3 不锈钢在石油工业中的应用551

7.3.4 不锈钢在汽车业的应用555

7.3.4.1 汽车排气系统用不锈钢555

7.3.4.2 汽车车架用不锈钢557

7.3.4.3 汽车用不锈钢零件558

7.3.4.4 汽车装饰用不锈钢559

7.3.4.5 汽车用不锈钢的腐蚀问题559

7.3.4.6 对我国汽车用不锈钢的展望564

7.3.5 在核工业中的应用565

7.3.6 在肥料工业中的应用568

7.3.7 在航空航天业中的应用570

7.3.7.1 不锈钢在航空航天业应用的概述570

7.3.7.2 航空用不锈钢570

7.3.7.3 航空航天用超高强度钢574

7.3.8 在造纸和纸浆工业中的应用579

7.3.9 在合成树脂工业中的应用580

7.3.10 在食品工业中的应用581

7.3.11 在医疗事业中的应用582

参考文献582

第8章 我国不锈钢标准主要技术要求585

8.1 钢的分类585

8.2 不锈钢的牌号及化学成分585

8.3 尺寸、外形、重量及允许偏差588

8.3.1 热轧圆钢和方钢的尺寸、外形及允许偏差588

8.3.2 热轧扁钢的尺寸、外形及允许偏差589

8.3.3 热轧六角钢和八角钢的尺寸、外形及允许偏差593

8.3.4 锻制圆钢和方钢的尺寸、外形及允许偏差595

8.3.5 锻制扁钢的尺寸、外形及允许偏差596

8.4 长度及允许偏差599

8.4.1 通常长度599

8.4.2 定尺、倍尺长度600

8.4.3 交货状态600

8.4.4 力学性能600

8.4.5 低倍组织604

附录不锈钢棒或试样的典型热处理制度605

本手册系统详尽地列出了我国各类不锈钢钢号、化学成分、组织性能、各种技术数据以及不锈钢在各方面的应用，对不锈钢的冶炼、冷热加工、热处理等工艺过程进行了深入的阐述，并适当介绍了不锈钢的各种腐蚀的原理，以利于读者在各种腐蚀环境中合理选材和正确用材。
　　本手册内容翔实、数据丰富，是一本实用性与可查性较强的工具书。适合从事不锈钢行业的工程技术人员以及有关院校师生参考使用。

本书由高校教授与钢铁企业的高工共同编写而成，兼顾了系统性与实用性。
　　内容讲解详细、资料可靠、数据丰富，充分反映了目前最新的科研与生产成果，是不锈钢行业极具参考价值的技术性工具书。
　　本书可以帮助不锈钢的生产和使用部门全面了解不锈钢的基本知识，熟悉我国所研制和使用的以及自国外引进的各类不锈钢的钢号、化学成分、显微组织和性能，并掌握不锈钢的冶炼、加工、热处理和焊接技术，同时能在腐蚀环境中正确地选用各种类型的不锈钢。