Microsoft Word - 不銹鋼-new.docx

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溢苹李
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1 不銹鋼定義在鋼中含鉻量大於 12% 以上, 具有較高的抵抗外界介質 ( 酸堿鹽 ) 腐蝕的鋼, 稱為不銹鋼, 不銹鋼因表面生成 r 的氧化皮膜, 又含有 Ni 使氧化膜的密著性提高, 故具有相當好的耐蝕性但不銹鋼並不是對所有的酸類均耐蝕, 對硝酸的耐蝕性強, 但對硫酸塩酸等較弱 1. 不銹鋼的種類不銹鋼是含 r12% 以上的具有耐蝕性的鋼, 依成分分類有 r 系和 r-ni 系兩種, 若再依組織細分則此兩種不銹鋼又有麻田散鐵系肥粒鐵系沃斯田鐵系及析出硬化系四類, 如下所示 : 合金組成金屬組織硬化的可能性 r 系部不銹鋼麻鐵散鐵系肥粒鐵系自硬性. 淬火硬化性 ( ) 非淬火硬化性 (430) 不銹鋼 r-ni 系不銹鋼沃斯田鐵系沃斯田鐵 - 肥粒鐵系加工硬化性 (301) 非淬火硬化性 ( ) 非淬火硬化性 (329) 析出硬化系析出硬化性 (17-7PH.17-4PH) (1) 肥粒鐵系不銹鋼之特性應用此類鋼種都屬於 r 系不銹鋼, 其主要化學成分為 17%r 0.1% 表 6.1 示這種鋼的化學成分機械性質和用途例這種鋼會因冷間加工而稍硬化, 在一般熱處理中, 肥粒鐵不因急冷而淬硬, 故僅以退火狀態使用其含 r 量較麻田散鐵系者高, 具有代表性的有 SUS 430 SUS 429, 其耐熱性及對硝酸之耐蝕性, 均優於有淬火硬化性之麻田散鐵 SUS 430F 與 AISI 430Fse 含有改善切削性的元素 S 和 Se 而 SUS 434 與 SUS 436 是在 SUS 430 中添加 Mo 或 Mo Nb 而成的改良鋼種, 有優良的耐大氣腐蝕性 SUS 446 含 r 量相當高, 故高溫耐氧化性佳 SUS 430 比沃斯田鐵系不銹鋼便宜, 廣用於廚房汽車外殼硝酸工業等, 是 r 系不銹鋼中產量最大的鋼種

2 鋼種組成表 6-1 肥粒鐵系不锈鋼的鋼種化學成分及代表性機械性質鋼種記號化學成分 (%) 機械性質 ( 退火 ) JIS AISI r 其他 02% 應變降伏強度 Kg/mm 2 02% 抗拉強度 Kg/mm 2 伸長率 (%) 斷面縮率 (%) Izod 衝擊值 (ft-lb) 13r-A1 SUS ~14.5 A10.10~ 改良銲接性 18r SUS ~ 非硬化型, 耐蝕性良, 銲接性良, 硝酸設備 18r SUS 一般用非硬化型, 耐蝕性良, 改善流動 18r-S SUS430 F 18r-Se - 430F Se 430F Mo 0.60 任意 S 0.15 硬度 (H B ) 切削性, 螺絲, 扣件 Se 同 430F, 鍛造性良 18r-Mo SUS Mo 汽車修整用, 耐大氣腐蝕性 18r-Mo.Nb SUS Mo Nb 5 用途成形性良 25r SUS ~27 N 非氧化性, 用於含 S 氣氛 (2) 麻田散鐵系不銹鋼之特性應用亦屬 r 系不銹鋼, 由含 r 量不同而分為 12%r 和 17%r 兩大類因含碳量較肥粒鐵系者高, 故具有淬火硬化性, 可藉熱處理提高硬度表 6.2 示 JIS 這類鋼種的化學成分和用途例 SUS440A~ 為含鉻量為 18% 含碳量大於 0.6% 的淬火硬化型不銹鋼, 淬火後可得高硬度常用於刀具與耐磨零件, 其熱處理強度會因 r 量而異, 含碳量愈高者硬度與強度愈高, 但相對 r 量降低, 耐蝕性變差 SUS 431 含 Ni 故硬化能提高, 可改善在非氧化性氣氛下的耐蝕性, 也可抵抗泥土銹有機物等對不銹鋼表面的腐蝕, 故在耐蝕方面, 此鋼種用得很多

3 表 6-2 麻田散鐵系不锈鋼的鋼種化學成分及代表性機械性質鋼種組成鋼種記號化學成分 (%) 用途 JIS AISI r 其他 13 r 低 SUS ~ 可行一般用熱處理, 廉價改良機械性質, 輪機葉及其他受高應力的零件 13 r 中 SUS ~ ~ SUS420J r 高 SUS420J ~ ~14 - 可經熱處理而獲得高硬度刀具外科用器具 13 r 高 SUS F 0.25~.0 12~14 Mo 的削用, 刀刃 -Mo F r-mo SUS410J ~.0 12~14 Mo0.3~ r-2ni ~14 Ni1.25~2.5 高壓高溫用輪機葉 13 r-s SUS ~13.5 S 0.15 Mo 切削用, 機械加工性良好, 螺栓螺帽, 螺絲 r-se - 416S ~14 Se 1.25 切削用, 橫方向性質, 加工比 416 良好, 但機械加工性差 e 16 r-2ni SUS ~14 Ni1.25~2.5 特殊目的用硬化型, 航空機備品螺栓刮刷器臂彈簧軸承 18r-Mo-07 SUS A 0.6~0.7 15~17 Mo 0.75 韌性最大的高鉻鋼刀具, 外科用器刀具 A 5 18r-Mo-08 SUS B 0.75~.0 16~18 Mo 0.75 刀具用, 同 440A B 95 18r-Mo-1.0 SUS ~ ~18 Mo 0.75 強度最高的硬化不锈鋼, 滾珠軸承軸襯刀具

4 (3) 沃斯田鐵系不銹鋼之特性應用此鋼種之標準組成為 18%r 8%Ni, 一般稱為 18-8 不鏽鋼, 不具磁性 SUS304 鋼種為最具代表性者, 該鋼對具有氧化性之硝酸具耐蝕性, 對非氧化性之塩酸及稀硫酸具抗侵蝕性但一般言, 其耐蝕性非 r 系不銹鋼可比在常溫時 18-8 不銹鋼為沃斯田鐵組織, 無法藉熱處理改變其機械性質 ( 無淬火硬化性 ), 但具有優良的延性及韌性, 常施以低溫加工, 使其加工硬化增加強度和硬度沃斯田鐵系不銹鋼對一般性腐蝕 (General orrosion) 抵抗大, 但有粒間腐蝕 (Inter-granular orrosion) 的缺點, 其原因為 600~800 支溫度加熱, 使鉻的碳化物再結晶粒界析出所致 (4) 沃斯田鐵 - 肥粒鐵系不銹鋼之特性應用屬此系之鋼種僅 SUS329J1 (AUSU 329) 一種, 亦屬 r-ni 系不銹鋼, 其化學成分為 <0.08%,Si<1.0%,Mn<1.5%,Ni3~6%,r23~28%,Mo1~3% 其 r 量較沃斯田鐵系高, 所以呈沃斯田鐵和肥粒鐵的混合組織這種鋼的常溫強度比沃斯田鐵系者高, 並且耐孔蝕性, 耐應力腐蝕性較佳 (5) 析出硬化系不銹鋼析出硬化 (Precipitation Hardening) 不銹鋼簡稱 PH 不銹鋼, 亦屬 r-ni 系, 可藉熱處理使之發生析出硬化, 以提高強度具有沃斯田鐵系不銹鋼的優良耐蝕性耐酸性耐熱性, 均是在 Fe-Ni-r 三元素合金中加一種或兩種以上有助於析出硬化的少量元素 u A1 Mo Ti 和 Nb 等而成者表中第 Ⅰ 類的 JIS SUS630 (17-4PH) 是麻田散鐵系不銹鋼 SUS431 的改良型, 組織為麻田散鐵及 u-ni 合金析出物, 這些鋼種的冷間壓延很困難, 主要用作鍛造材, 棒材中的齒輪軸螺絲或襯套閥等 SUS631 (17-7PH) 是沃斯田鐵系不銹鋼 SUS301 的改良型, 組織為沃斯田鐵和 Ni-A1 合金之析出物, 在常溫的成形加工性良好, 可坐板材帶材線材和飛機構造材料或精密機械的彈簧熱處理後強度在 95~150kg/ m2的範圍, 故亦可做高強度不銹鋼和耐熱鋼之用屬第二類之 P 的組織為沃斯田鐵和碳化物磷化物析出物, 應用於非磁性方面, 因碳磷量高, 其熱間加工性不好第 Ⅲ 類鋼種為沃斯田鐵和肥粒鐵組織, 析初務部固溶於肥粒鐵, 有 V2B,PH55A~ 等因具有兩種不同組織, 不易熱間加工, 一般用在閥旋塞等鑄材 2. 不銹鋼的熱處理 1 肥粒鐵系不銹鋼肥粒鐵系不銹鋼只行退火熱處理以消除加工硬化, 使材質變軟切削容易 ; 又結晶粒因退火而微細化, 可改善強度衝擊韌性及彎曲能力表 6.5 示退火溫度與硬度的關係退火溫度依鋼種不同, 普通在 700~900, 厚度或直徑美 25 mm保持 1~2 小時, 然後空冷或徐冷圖 6-3 示 18%r 鋼在不同退火溫度保持 30 分後, 施以空冷所得之機械性質其中退火於 800 附近者最軟, 加熱至 900 以上時部分肥粒鐵變態為沃斯田鐵, 並發生晶粒粗大話碳化物分怖不均等不良組織型態, 故常溫具脆性含 18~50%r 之不銹鋼加熱於 300~1100 各種溫度 100 小時冷卻後, 由圖可知 35%r 以下之鋼, 在 475 附近有 - 硬度尖峯,50%r 鋼並在 550~900 出現第二個硬度尖峯 475 處之硬度尖峯又稱之為 475 脆化, 其組織無甚變化但常溫韌性大減, 耐蝕性變差若經 600 以上溫度加熱 1 小時後急冷, 可消除脆化, 恢復其原有性質第二個硬度尖峯係因 sigma 相之析出所致,sigma 相為一種含 20~75%r 之 Fe-r 非磁性脆質合金, 不銹鋼在高溫長期使用後, 極易析出此相, 使耐蝕性與韌性降低

5 2 麻田散鐵系不銹鋼 ( 一 ) 退火本系不銹鋼在切削或冷間加工前, 須先退火使之軟化退火的方法有低溫退火完全退火恆溫變態退火等三種, 如圖 6-5 所示表 6.6 各種剛種的退火條件和所得硬度低溫退火的加熱溫度約 750, 厚度每 25 mm保持時間約為 1 小時以上, 然後空冷或徐冷是為使切削加工容易, 所做的軟化處理, 所費時間較完全退火短, 故硬度略高, 但不影響被切削性 SUS431 含 Ni 量為 1.25~2.5%, 變態點會下降, 所以須做二次退火才容易軟化完全退火是加熱到變態點以上 50~100, 亦即 800~900 處, 保持一段時間, 使溫度均勻後徐冷, 使沃斯田鐵變態為肥粒鐵和碳化物, 獲得最軟狀態因冷却速度為 20 /hr 以下, 故所需時間很長, 當溫度降到約 500 以下時可以採急冷 SUS431 因含 Ni 使變態速率減慢, 故不宜採用完全退火使其軟化恆溫變態退火是將完全退火溫度冷到變態速度最大的 700 溫度, 保持一段時間使完成變態後, 在空氣中冷却的方法其所費時間較完全退火者短, 可提高作業效率, 且退火後性質與一般退火者相近, 故此法漸受重視 ( 二 ) 淬火和回火與調質鋼的淬火一樣, 麻田散鐵系不銹鋼因 r 含量高, 使缸中的碳擴散速率變慢, 必須加熱到變態點上方適當溫度, 每 25 mm須保溫 1 小時以上, 使碳充分固溶於沃斯田鐵中, 然後急冷使發生麻田散鐵變態淬火溫度過高時, 沃斯田鐵晶粒粗大化會造成脆性, 且表面有氧化與脫碳的可能, 須泰別注意麻田散鐵不銹鋼的導熱度較碳鋼及構造用合金鋼者小, 迅速昇溫時易產生內部應力導致彎裂, 故淬火加熱階段必須預熱此系不銹鋼之典型淬火作業方法對小形件言, 行一段預熱至 700~800 大形或後斷面物件宜先預熱 500~600, 在預熱至 800~900, 亦即行二段預熱淬火後鋼中存有殘留應力, 且在組織中有沃斯田鐵殘留在常溫下沃斯田鐵會變態為麻田散鐵, 使體積膨脹, 在加上殘留應力的影響, 很容易造成破裂所以淬火後須立刻實施回火或零下處理視鋼種及用途而異, 但須避免 400~565 間易起脆化之溫度範圍內回火 SUS410 在各種溫度淬火後, 回火於 625 溫度 4 小時所得的各種機械性質淬火溫度愈高, 回火後的硬度愈大韌性愈低因此對構造物而言, 需要回火後距最大韌性, 其淬火溫度要低, 宜選擇 920~1000 溫度然而對需要高硬度的刀具言, 淬火溫度要高, 選擇 1000~1070 溫度對高碳不銹鋼來說, 淬火溫度不宜過高, 因易生殘留沃斯田鐵對低碳不銹鋼, 高淬火溫度亦有不良影響, 容易生成肥粒鐵, 致使硬度降低麻田散鐵不銹鋼之硬化頗大, 其中含高 r 者具有自硬性, 油冷即可硬化

6 3 沃斯田鐵系不锈鋼 ( 一 ) 固溶化處理固溶化處理 (Solution Treatment) 是本系不锈鋼最基本之熱處理, 其目的為了除去冷間加工或銲接時所生的內應力, 使組織因再結晶而軟化, 恢復其延展性並可使間加工或銲接時析出並具有脆性的碳化鉻或 Sigma 相固溶在基地內, 增大其耐蝕性表 6.8 示沃斯田鐵系不锈鋼的固溶化處理條件加熱溫度因鋼種而異, 加熱時間厚斷面者 1~2 小時, 薄斷面者以每 2.5mm 厚度 3~5 分鐘為宜表 6.8 沃斯田鐵不銹鋼固熔化之加熱溫度與冷卻方法 J I S 記號溫度範圍冷卻方法 SUS301,302,302B,303,303Se,304,304L,305 SUS309S SUS310,310S SUS316,316L,361J1,316J1L,317 SUS317 SUS321 SUS ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~1120 空氣冷卻或水冷空氣冷卻或水冷空氣冷卻或水冷空氣冷卻或水冷空氣冷卻或水冷空氣冷卻或水冷空氣冷卻或水冷標準的 18r-8Ni 不锈鋼, 其含碳量約在 0.15% 以下若加熱溫度低於 900, 會有碳化物 (r,fe) 23 6 析出, 為了避免析出脆化, 必須加熱至 1050 溫度固溶化處理, 使碳化物溶於沃斯田鐵基地中, 再行冷卻添加 Ti 以增加粒界耐腐蝕的 SUS321 及加 Nb 的 SUS347 等不锈鋼, 為不讓安定的 Ti 或 Nb 碳化物在高溫分解, 要在 950~1050 進行固溶化熱處理不過任何一種鋼的加熱溫度不宜超過固溶化溫度太多, 否則以後在 650 附近使用時, 會發生粒界腐蝕, 尤以 SUS321 有此傾向加熱速度對材料有很大的影響, 若急速加熱會導致變形, 太慢又有析出碳化合物的可能, 同時須慎防材料表面受到滲碳, 使耐蝕性變小, 尤其對含碳低的 SUS304L,316L,317L 等的固溶化處理, 須特注意不良之表面附著物及爐氣控制冷卻方法因被處理件的形狀尺寸而異, 小而薄者空冷即可, 大而厚者就須油冷或水冷, 使碳來不及擴散至粒界形成碳化物, 造成腐蝕敏感 SUS309S 與 SUS310 鋼必須採水中急冷方式, 若不允許較大之變形, 採水冷則不宜, 可改採強風冷卻

7 ( 二 ) 安定化熱處理安定化熱處理 (Stabilizing Treatment) 是對添加 Ti 的 SUS321 或加 Nb 的 SUS347 實施的熱處理因 870~885 之加熱溫度高於碳化鉻析出的溫度 (~650 ), 持溫一段時間, 會先析出 Ti 或 Nb 的安定碳化物, 因而防止碳化鉻之析出所造成之粒界腐蝕冷卻方法隨物件尺寸或形狀而定, 薄斷面者採空冷, 厚斷面 (8mm 以 ) 者採油冷或水冷安定化熱理也具有應力消除退火的功能, 在此加熱溫度空冷或爐冷, 可除去加工所生的殘留應力 ( 三 ) 應力消除退火經冷間加工或銲接的沃斯田鐵系不锈鋼, 在含有氯化物的高溫水溶淬中使用時, 會發生應力腐蝕破裂, 其中最常見者為鍋爐因此在此使用環境, 必須實施應力消除退火沃斯田鐵不锈鋼的應力消除退火溫度, 通常 800~900, 若因物件形狀特殊而無法在此高溫下進行時, 則會殘留一部份應力因此對使用條件不苛刻, 允許少量殘留應力者, 實施通常的固溶化處理即可反之, 則必須針對使用的環境而選擇適常的熱處理

8 4 析出硬化係不锈鋼析出硬化系不锈鋼的熱處理, 是先施以固溶化處理後, 再施以一次或兩次的析出硬化熱處理, 使麻田散鐵基地內產生析出物而硬化這些鋼, 在固溶化處理狀態時, 其成形性大致和沃斯田鐵系不锈鋼相同, 而析出硬化處理後硬度增加, 強度與無析出物之麻田散略同沃斯田鐵系不锈鋼不锈鋼的應力消除用熱處理條件鋼種適用的熱處理使用條件及需要熱處理的理苛刻的應力腐蝕破裂環境中程度的弱的除去局部的應力集中不必擔心應力腐蝕破裂時粒界腐蝕環境苛刻加工後的應力消除加工途中的應力消除苛刻加工所致的殘留應力, 厚肉品以及熔接後忌諱尺寸變化 304L,316L 等低碳鋼種 A, B A,B, A,B,,E,F F 不必要 A, (b) A, A,B, A,,B G 321,347,318 等安定型鋼種 B,A B,A, B,A,,E,F F 不必要 A,,B(b) A, B,A, A,,B G 304,316 等標準型鋼種 (a) (a),f F 不必要 (c) G A: 完全退火 1065~1120 徐冷 B: 應力消除退火 900 徐冷 : 完全退火 1065~1120 水或急冷 D: 應力消除退火 900 水冷或急冷 E: 應力消除退火 480~650 徐冷 F: 應力消除退火 480 以下徐冷 G: 應力消除退火 200~480 徐冷

9 保持時間是肉厚每 25mm 為 24hr (a): 為進行最適當的應力消除熱處理, 可用安定型或低碳型鋼 (b): 大都不需要熱處理, 但在加工工程中使不锈鋼敏感化時, 應行註明的熱處理 (c): 加工完了後, 進行熱處理時, 可 A,B,D 熱處理

連鑄棒

連鑄棒 JIS 不銹鋼棒 SUS 不銹鋼鋼種類別 : 沃斯田鐵系不銹鋼 :SUS201,202,301,302,303,303Se,304,304L,304N1, 304N2,304LN,305,309S,310S,316,316L,316N,316LN,316J1,316J1L,317,317J1,321,347,XM7,XM15J1 沃斯田鐵肥粒鐵系不銹鋼 :SUS3291 肥粒鐵系不銹鋼 :SUS405,410L,430,430F,434,447J1,XM27