【指南】那些关于不锈钢的事——分类、腐蚀与焊接

本文针对那些对不锈钢有基本了解需求的群体，例如工程专业学生、销售人员、设备制造商、制造商等，主要从分类、焊接和腐蚀三个部分介绍了有关不锈钢的信息。需要了解的是，腐蚀和焊接性等问题对于确保为建议的应用选择最合适的不锈钢等级是至关重要的。

通常，不锈钢是最少含有10.5%铬的铁基合金。自然形成的薄而致密的氧化铬屏蔽层有助于不锈钢的抗腐蚀和抗氧化性能。氧化铬层的损坏会损害耐腐蚀性。不过需要注意的是，在许多环境下氧化铬层是可以自修复的。

根据各类合金元素的存在，将不锈钢划分为不同的种类。铬和镍被认为是主要的合金元素，而碳、钼、锰、铌和钛被认为是次要元素。

不锈钢系列通常进一步分为五大类，如下所示:

铬和镍是这类不锈钢中的主要合金元素。奥氏体不锈钢本质上是无磁性的，并提供良好的耐腐蚀性。它们通常由16-26%的铬和8-22%的镍组成。200和300不锈钢系列均为奥氏体，最常见的是304。奥氏体不锈钢具有很强的耐腐蚀性、强度和高度的可成形性。它们的缺点在于容易产生应力开裂。同时也被认为是不锈钢家族中最容易焊接的材料之一。当使用奥氏体不锈钢时，不需要焊前或焊后热处理。应用实例包括紧固件、配件和齿轮（303型），以及用于化学应用中的管道、阀门和配件（316型）。

之所以被称为双相钢，是因为它们具有两相微观结构。这些等级的材料具有比铁素体级显著更好的韧性和延展性。双相不锈钢由等比例的奥氏体和铁素体组成。除了含有铬和镍之外，双相不锈钢还包括作为奥氏体稳定剂的氮和用于耐腐蚀的钼。它们通常含有22-26%的铬，4-7%的镍和0-3%的钼痕量。基于合金元素的量，它们被进一步分类为贫、标准、超或超双相。它们常用于压力容器和热交换器（2205型）以及脱盐装置（2507型）。

碳是铁素体不锈钢中的主要强化元素。它们通常是不可硬化的铁铬合金，通常含有11-28%的铬。405、409、430、422和446是最常见的铁素体不锈钢等级。它们具有较低的延展性，并且更脆，因此易于热裂，其耐腐蚀性比奥氏体不锈钢更低，也表现出更高的抗应力腐蚀开裂性能。应用实例包括轴和紧固件（416型）以及汽车工业中的排气系统（439型）。

为了达到基于热处理的硬化的目的，马氏体不锈钢具有较高百分比的碳和较低百分比的铬（12-16%），以及低痕量的镍。403、410、416和420是这个组的最常见的代表。与奥氏体和铁素体不锈钢等级相比，它们具有更高的强度和抗疲劳性，但抗腐蚀性较差。该等级在冷却时形成硬而脆的结构，使其成为抗磨损性能极佳的材料。其用途包括通用（410型）和耐磨（440C型）。

通过沉淀硬化的强化是通过热处理实现的，导致形成沉淀。它们由600系列不锈钢（630、631和660）标识。它们被进一步分类为马氏体、半奥氏体和奥氏体沉淀硬化不锈钢。由这些材料提供的材料性能是马氏体和奥氏体等级的性能相加之和。17-4级一般用17-7填充焊丝焊接，不需预热即可焊接。17-4型含有17%的铬和4%的镍。

在不锈钢焊接过程中，可能会出现易受腐蚀的区域，碳化铬的形成可能沿着晶界发生。可以通过退火和淬火（焊后高温处理）来最小化该过程。正确选择焊接工艺和焊接材料是防止不锈钢焊缝腐蚀的关键。

腐蚀是一个永无止境的过程。它不可能被根除，但却可以被最小化。可通过注意以下参数来防止腐蚀:

·    适当选择焊接耗材和材料可能有助于防止电化腐蚀

·    要焊接的表面应没有碎屑、油脂和其他外来污染物

·    焊接完成后应立即检查表面。焊接飞溅物、锐边/缺口和熔渣应仅通过研磨去除。刷洗可能会损坏不锈钢的钝化膜

·    通过使用衬垫材料可减少焊接过程中产生的空隙和裂缝

·    可通过清洁焊接表面来防止氢相关裂纹

·    正确选择焊接工艺，然后进行适当的焊接精整（完全熔透），是防止焊接相关腐蚀的基本要素之一

·    正确地应用合适的涂层系统一直是保护材料免受腐蚀的有效方法

·    焊接过程中产生的残余应力应始终通过焊后热处理消除，这也有助于防止氢致开裂。

总之，由于不锈钢能够形成并保持铬氧化物的钝化层，所以不锈钢耐腐蚀。虽然不能完全排除腐蚀，但有办法将腐蚀的风险降至最低。例如，通过选择适合于预期应用的等级、通过适当地考虑所采用的焊接技术等，也可以通过适当的措施和应用适当的涂层系统来保护不锈钢。