不锈钢从化学成分上大致可分为Fe-Cr系和Fe-Cr-Ni系,从金属组织上可分为奥氏体型、铁素体型、马氏体型、奥氏体-铁素体的双相型以及沉淀硬化型5类。其中奥氏体型、铁素体型以及马氏体型不锈钢正如第1章叙述的是1912~1914年由欧洲或美国发明的。不过,双相不锈钢是为了克服奥氏体不锈钢晶间腐蚀的弱点于20世纪30年代在欧洲开发的。另一方面,沉淀硬化不锈钢作为高强度不锈钢于20世纪40年代在美国被开发的。奥氏体、铁素体以及马氏体不锈钢,正如2.3节叙述的,在1959年JIS(日本标准规格)制定时其中的一部分钢种被列人日本标准规格。沉淀硬化不锈钢是从1965年、双相不锈钢是从1972年被列人日本标准的。


  在日本生产的不锈钢种,开始主要是以美国的AISI(美国钢铁协会)标准规定的钢种为中心,其多数被列入JIS中。从20世纪60年代起随着对各种性质要求的提高以及用途的扩大,欧美钢种的改良或独自钢种的开发被蓬勃开展。其结果是现在大约有80种钢被列入日本标准。


  这些不锈钢的钢种从成分上被分类为 Fe-Cr系和 Fe-Cr-Ni系,并根据合金成分按钢种性质绘制了分类系统图,见附图1及附图2。附图1列出了马氏体和铁素体不锈钢;附图2列出了奥氏体和双相不锈钢。另外,记号中含有J文字的钢的大部分是日本独自改良或开发的钢种,约占全部钢种的1/3。


  附图1所示的Fe-Cr系是以410钢(13Cr)为纲,大致以铬含量为13%和大于13%来分开。马氏体不锈钢大多为13%Cr,并添加0.5%以下的其他元素以改善其形成性、耐蚀性、切削性、硬度等。13Cr钢因为硬度高,因而改良的切削钢种被大量开发,同时也被列人JIS.将铬含量增加至16%~17%的钢系是以大量添加碳提高硬度、耐磨性的钢种为主体,为提高韧性而添加镍的431钢(16Cr-2Ni);更进一步加以改善的钢种有沉淀硬化型不锈钢-630(16Cr-4Ni-4Cu-Nb)。


附图1.jpg


  另外,对铁素体不锈钢系列的马氏体不锈钢,如13Cr,其焊接性、耐蚀性、加工性的改善,可通过添加铝或降低碳含量使铁素体组织的焊接性和加工性得以提高。对于17Cr钢,在430钢(17Cr-0.06C)的基础上根据目的不同开发了许多钢种,特别是通过降低碳、氮含量大量开发了提高加工性、焊接性以及通过添加钼提高耐腐蚀性的钢种,使铁素体不锈钢的用途得以扩大。作为大幅度提高耐腐蚀性的钢种有含22%~30%Cr、1%~4%Mo的钢种,其中4种已被列入日本标准(JIS).


  附图2的Fe-Cr-Ni系不锈钢大部分是由奥氏体不锈钢组成。本来奥氏体系列的基本钢是302钢(18Cr-8Ni-0.1C),但是大多数的钢种都是由将碳含量降低到0.08%以下的304钢发展开来的。奥氏体系列钢种的开发初期是通过降低碳含量、添加钛、铌来达到改善耐晶间腐蚀的目的。为了进一步提高对非氧化性酸的耐腐蚀性,在上述钢中添加了Mo或Mo和Cu复合。这已经在第1章叙述了,这些钢也适用于现在的钢种。从20世纪60年代后期起,为了提高形成性而添加铜的钢种,以及为了进一步提高强度而添加0.1%以上氮的钢种被大量开发,此后也都被JIS所认定。此外,为了提高耐腐蚀性人们对奥氏体系列中的钢种进行了大量的改良工作,像研发了通过添加Si和Cu使耐应力腐蚀性提高的许多钢种(315J1,315J2);像开发了通过添加Mo和N使耐点腐蚀性提高的许多钢种,同时也被JIS所认定。另外,通过大量添加钼、增大铬含量、添加氮开发了耐腐蚀性接近镍基合金(Ni-Cr-Mo)的钢种,其中的一部分已被JIS(836L)认定。除此之外,还开发了一些改善加工硬化、耐氧化性、切削性的钢种,其中有从301钢(17C-7Ni)发展过来的631钢(17Cr-7Ni-1A1)等沉淀硬化型不锈钢。


附图 2.jpg


 另外,双相不锈钢在成分上与奥氏体钢相比Cr/Ni比较大,作为奥氏体相和铁素体相的两相组织的不锈钢,除了耐晶间腐蚀外,高强度、出色的耐应力腐蚀性是其一大特点。虽然被列入JIS的双相不锈钢只有4种,但近几年其用途不断在扩大。