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1.4301 AISI 304是什么類型的不銹鋼？

AISI 304 是屬于 300 系列的奧氏體不銹鋼牌號。
 

不銹鋼的特點(diǎn)是什么？

耐腐蝕性能

 

不銹鋼的耐腐蝕性主要取決于鉻含量。鋼表面形成穩(wěn)定的氧化鉻層，可防止與大部分材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。該氧化層非常薄，厚度為 2 納米至 3 納米，是被動的（高度耐腐蝕）、堅韌（能很好地粘附在大塊上）和自我修復(fù)（破裂或損壞時會變形）。然而，不銹鋼在某些情況下會腐蝕。當(dāng)暴露于酸性溶液（如強(qiáng)硫酸和鹽酸）和堿性溶液（如氫氧化鈉）時，會發(fā)生均勻腐蝕。局部腐蝕可能以點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂的形式發(fā)生，例如當(dāng)暴露于氯離子時。
 

電和磁特性

不銹鋼是相對較差的電導(dǎo)體。18 wt.% Cr 的電導(dǎo)率。8 wt.% Ni 不銹鋼在 20 °C 時為 1.45 ? 106 S/m，而純銅為 5.96 ? 107 S/m。

鐵素體、馬氏體和雙相不銹鋼被歸類為磁性，而奧氏體不銹鋼被歸類為非磁性。通常用于量化的一個重要值是相對磁導(dǎo)率，磁性不銹鋼的磁導(dǎo)率值通常約為 14，而非磁性不銹鋼則接近最小值 1。

回收

所有不銹鋼都是完全可回收的。由于它們含有大量有價值的元素，例如鉻和鎳，因此回收廢不銹鋼實際上極具成本效益。現(xiàn)代不銹鋼通常使用 60% 的廢料制造，包括回收廢料，例如來自消費(fèi)品和工業(yè)設(shè)備的廢料，以及工業(yè)廢料，例如制造過程中的邊角料。

304是最常見的不銹鋼，含有 18% 的鉻和 8% 的鎳，因此通常被稱為 18/8。它用于許多應(yīng)用，包括餐具、廚房設(shè)備、食品加工設(shè)備、汽車和航空航天結(jié)構(gòu)部件以及船用緊固件。
 

奧氏體不銹鋼的特性

奧氏體不銹鋼的特征在于它們的面心立方 (FCC) 晶體結(jié)構(gòu)，這是在鐵鉻合金中加入足量的奧氏體化元素如鎳、錳、碳和氮時獲得的。 

奧氏體不銹鋼可以生產(chǎn)得非常柔軟，屈服強(qiáng)度約為 200 兆帕，它們可以通過冷加工進(jìn)行強(qiáng)化，這可以將屈服強(qiáng)度提高 10 倍。與鐵素體合金不同，它們可以在低溫下保持延展性，在高溫下保持強(qiáng)度。它們的耐腐蝕性可以從日常使用到高度特定的用途，例如在沸騰的海水中。盡管奧氏體鋼在不銹鋼中具有優(yōu)勢，但與鐵素體合金相比，奧氏體鋼的抗循環(huán)氧化能力較差，而且它們也容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。奧氏體鋼的耐久極限（抗拉強(qiáng)度的約 30%）低于鐵素體鋼（抗拉強(qiáng)度的約 50 - 60%），這意味著它們更容易出現(xiàn)疲勞失效 [1]。

此外，添加鎳的奧氏體不銹鋼適用于低溫或低溫應(yīng)用。可以添加其他元素，如硅、鋁和鈮，以賦予鋼某些特性，如抗鹵化物點(diǎn)蝕或氧化。硫或硒可以添加到某些鋼種中以改善其機(jī)械加工性 [2]。

下表列出了一些常見等級的奧氏體不銹鋼的選定特性（在退火狀態(tài)下）。

表 1.所選奧氏體鋼種的性能

	AISI 201 退火	AISI 205 退火	AISI 301L 退火	AISI 303 退火	AISI 304L 退火	AISI 316 退火
作品	鐵 67.5 - 75 %	鐵 62.6 - 68.1 %	鐵 70.7 - 78 %	鐵 66.4 - 74.9 %	鐵 64.8 - 74.5 %	Fe 62 - 72 %
	鉻 16 - 18 %	鉻 16.5 - 18.5 %	鉻 16 - 18 %	鉻 17 - 19 %	鉻 17.5 - 20 %	鉻 16 - 18.5 %
	錳 5.5 - 7.5 %	錳 14 - 15.5 %	鎳 6 - 8 %	鎳 8 - 10%	鎳 8 - 12 %	鎳 10 - 14 %
	鎳 3.5 - 5.5 %	鎳 1 - 1.7 %	S 0 - 0.03 %	0.15 - 0.35 %	S 0 - 0.03 %	鉬 2 - 3 %
	S 0 - 0.03 %	N 0.32 - 0.4 %	硅 0 - 1 %	硅 0 - 1 %	硅 0 - 1 %	C 0 - 0.08 %
彈性模量	200 GPa 在 20 °C	220 GPa 在 20 °C	220 GPa 在 20 °C	200 GPa 在 20 °C	200 GPa 在 20 °C	200 GPa 在 20 °C
屈服強(qiáng)度	20°C 時為 310 兆帕	20 °C 時為 460 兆帕	20°C 時為 250 兆帕	20°C 時為 240 兆帕	在 20 °C 時為 200 兆帕	20°C 時為 240 兆帕
伸長	20 °C 時為 46 %	20 °C 時為 46 %	20 °C 時為 52 %	20 °C 時為 52 %	20 °C 時為 42 %	20 °C 時為 42 %
抗拉強(qiáng)度	20 °C 時為 660 兆帕	20°C 時為 810 兆帕	20°C 時為 630 兆帕	20°C 時為 600 兆帕	20°C 時為 550 兆帕	20°C 時為 580 兆帕
電導(dǎo)率	1.45E+7 S/m 在 20 °C	——	——	1.39E+7 S/m 在 20 °C	7.54E+7 S/m 在 20 °C	7.54E+7 S/m 在 20 °C
熱膨脹系數(shù)	1.3E-5 1/K 在 20 °C	1.4E-5 1/K 在 20 °C	1.2E-5 1/K 在 20 °C	1.7E-5 1/K 在 20 °C	1.7E-5 1/K 在 20 °C	1.6E-5 1/K 在 20 °C
導(dǎo)熱系數(shù)	15 W/(m·K) 在 20 °C	11 - 21 W/(m·K) 在 20 °C	11 - 21 W/(m·K) 在 20 °C	16 W/(m·K) 在 20 °C	16 W/(m·K) 在 20 °C	15 W/(m·K) 在 20 °C
熔點(diǎn)	1375 - 1450 °C	1375 - 1450 °C	1375 - 1450 °C	1400℃	1400℃	1380℃
比熱容	500 J/(kg·K) 在 20 °C	460 J/(kg·K) 在 20 °C	450 J/(kg·K) 在 20 °C	500 J/(kg·K) 在 20 °C	500 J/(kg·K) 在 20 °C	490 J/(kg·K) 在 20 °C

奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)加工

奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)與其他類型不銹鋼的生產(chǎn)工藝基本相同。主要區(qū)別在于熔體中混合金屬的比例以及用于在鋼中實現(xiàn)奧氏體的熱處理。制造奧氏體不銹鋼的過程可概括如下。

• 原材料（鐵、鉻、鎳等）在電爐中按照所需類型的奧氏體不銹鋼所需的特定比例熔化。熔體溫度通常高達(dá) 1,400°C – 1,500°C，并在該溫度下保持長達(dá) 12 小時。
• 熔化和混合完成后，根據(jù)所需的成品，將鋼水澆鑄成大方坯、鋼坯、板坯、棒材等形式。
• 然后將鋼進(jìn)行熱軋成型操作，將鋼加熱至 1,100 °C（高于其再結(jié)晶溫度），使其柔軟而柔韌，然后通過軋輥，使其成為鋼筋、薄板、線材或鋼板。
• 下一步是熱處理或退火。這是一個精確加熱和冷卻的過程，以減輕金屬內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力并保持具有所需性能的特定微觀結(jié)構(gòu)。鋼加熱到的溫度、保持在該溫度的時間以及冷卻的速度和方式對鋼的性能都至關(guān)重要。
• 退火后，現(xiàn)在可以進(jìn)行其他后期生產(chǎn)過程，如除鱗、切割和精加工。需要去除氧化皮以消除熱處理過程中在不銹鋼上形成的氧化皮，可以通過用硝酸-氫氟酸浴酸洗或通過電清洗來完成。

奧氏體不銹鋼不能通過熱處理硬化（盡管可以通過在鋼中添加鈦和銅等元素使其更適用于高溫來減輕這種情況）。相反，奧氏體不銹鋼通常通過加工硬化來硬化。這是通過塑性變形對金屬進(jìn)行強(qiáng)化。

奧氏體不銹鋼的應(yīng)用

除了作為奧氏體不銹鋼的突出特性之一的耐腐蝕性外，機(jī)械、熱和電特性也很重要。對鋼的要求的性質(zhì)，無論是最大載荷、剛度、應(yīng)變、屈服應(yīng)力等形式，都必須仔細(xì)和徹底地研究。

必須根據(jù)鋼的具體應(yīng)用來理解鋼的微觀結(jié)構(gòu)分析。了解低周疲勞條件下的斷裂機(jī)制、成核、微觀和宏觀裂紋擴(kuò)展至關(guān)重要，尤其是對于核應(yīng)用等高風(fēng)險系統(tǒng) [3]。

由于奧氏體不銹鋼的高度可定制性，它已被用于廣泛的應(yīng)用，從醫(yī)療行業(yè)到汽車行業(yè)。以下是一些常見牌號的奧氏體鋼及其相應(yīng)的典型應(yīng)用。

表 2.奧氏體不銹鋼的典型應(yīng)用 [4]。

奧氏體不銹鋼	應(yīng)用
304和304L（標(biāo)準(zhǔn)級）	腐蝕性液體的罐、儲存容器和管道 采礦、化工、低溫和制藥設(shè)備 廚房設(shè)備和餐具 建筑學(xué)
309（高鉻鎳牌號）	熔爐、窯爐和催化轉(zhuǎn)化器組件
310（高鉻鎳牌號）
316L（高鉬含量牌號）	化學(xué)品儲罐、壓力容器和管道
318（高鉬含量牌號）
316Ti（穩(wěn)定等級）	加力燃燒室 過熱器 補(bǔ)償器 膨脹波紋管
321（穩(wěn)定等級）
200 系列（低鎳牌號）	洗碗機(jī)和洗衣機(jī) 餐具和炊具 內(nèi)部水箱 室內(nèi)和非結(jié)構(gòu)建筑 食品飲料設(shè)備

奧氏體不銹鋼的牌號和標(biāo)準(zhǔn)

下圖顯示了各種等級的奧氏體不銹鋼。

圖 1.奧氏體不銹鋼牌號 [1]。 

奧氏體不銹鋼的未來趨勢

對高溫奧氏體不銹鋼的需求不斷增長，預(yù)計到 2025 年市場規(guī)模將以相當(dāng)大的速度增長。其綜合性能使其特別適用于汽車、石油、化工等行業(yè)的廣泛應(yīng)用、航空航天和能源 [5]。

 預(yù)計這一增長的主要部分來自汽車行業(yè)，該行業(yè)越來越多地使用奧氏體不銹鋼來滿足可制造性、重量和堅固性的要求。通常，奧氏體鋼用于汽車工業(yè)制造車架、承重地板、加強(qiáng)件、車身板、油箱、車輪、懸掛臂、齒輪軸和傳動軸。預(yù)計這一趨勢將持續(xù)到 2025 年。 為減少碳排放而使用和制造電動汽車的激增也導(dǎo)致對奧氏體不銹鋼的需求不斷增加 [6]。 

 

亞洲是奧氏體不銹鋼的主要消費(fèi)國，中國、韓國和印度等國家是主要參與者。由于航空和汽車工業(yè)的發(fā)展，北美的奧氏體不銹鋼市場預(yù)計將增加[6]。