2026-04-14
不锈钢的定义
不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。
不锈钢： 在大气、淡水等轻度腐蚀环境中不会腐蚀的钢材。
耐酸钢： 能够在酸、碱、盐和海水等腐蚀性环境中抵抗腐蚀的钢。
不锈钢分类
不锈钢的牌号、化学成分和性能各不相同。最常见的分类方法主要基于钢的基本化学成分、微观结构以及两者的组合。
1.按主要化学成分分类
最常见的是根据化学元素将不锈钢分为两大类：铬不锈钢和铬镍不锈钢。
(1).镀铬物
如果钢中除铁以外的主要合金元素是铬，则该不锈钢称为铬不锈钢。
(2).铬镍
如果钢中的主要合金元素除铁外还有铬和镍，这样的不锈钢称为铬镍不锈钢。
2.按钢的显微组织分类
钢的显微组织是指钢的结晶组织和显微组织的特征。根据其微观结构，不锈钢主要分为五类：铁素体、奥氏体、马氏体、双相（两相）和沉淀硬化不锈钢。
(1).铁素体不锈钢
铁素体不锈钢是具有体心立方晶格的钢，碳含量≤0.20%，铬含量在10.5%~32%范围内，在高温和室温下均保持铁素体结构。此类不锈钢未通过热处理硬化。
根据铬含量的不同，铁素体不锈钢分为低铬（铬含量10.5%~15.0%）、中铬（铬含量16%~22%）和高铬（铬含量23%~32%）。铁素体不锈钢是不锈钢三大类之一，几乎与马氏体钢和奥氏体钢在20世纪初同时出现。从产量来看，铁素体不锈钢仅次于铬镍奥氏体钢：在全球不锈钢产量中，铁素体钢的份额通常在30%左右。铁素体不锈钢具有产量高、应用范围广、薄断面综合性能优良等特点。由于此类钢不含镍或仅某些牌号含有少量镍，因此其成本和价格相对较低，这使其成为最重要的一类低镍合金不锈钢。
直到20世纪50年代和60年代，传统的铁素体不锈钢在电弧炉中冶炼，未经二次精炼，碳和氮含量正常，进一步还原极其困难。自20世纪60年代以来，不锈钢生产技术的进步以及二次精炼工艺（例如AOD和VOD）的使用导致了现代低和超低碳和氮含量铁素体不锈钢的发展，这些不锈钢在很大程度上克服并成功解决了传统铁素体钢的许多缺点。他们的产量不断增加，范围不断扩大。
(2).奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢在高温和室温下均保持其奥氏体结构，而不发生结构转变。因此，奥氏体不锈钢也指不能通过热处理强化的钢。但由于其有应变硬化（硬化）倾向，可通过冷塑性变形来提高其强度。此类钢在淬火状态下的低强度一度被认为是奥氏体不锈钢的主要缺点之一。
为了解决敏化状态下的晶间腐蚀问题并提高耐腐蚀性能，人们开发了超低碳奥氏体不锈钢，通常碳含量≤0.03%。随着耐腐蚀性的提高，这种钢的强度略有下降。自20世纪70年代以来，奥氏体不锈钢已出现氮含量受控（钢中残余氮含量在标准限值内，例如[N]≤0.10%或[N]≤0.12%）或氮合金钢（在大气压下可引入钢中的最大氮量，例如≤0.40%或≤0.40%）0.50%），通过氮的固溶强化，能够获得足够高的强度。而采用高压注氮（压力下引入的氮量，即[N]>0.4%或≥0.5%）生产的高氮奥氏体不锈钢具有极高的强度和优异的断裂韧性。氮固溶强化和应变硬化的结合使一些奥氏体不锈钢进入了高强度不锈钢的范畴。
铬镍奥氏体不锈钢是现有五大类不锈钢中综合性能最好、牌号最多、品种规格最全、范围最广、发展最快、产量最大、消费领域最广的不锈钢。在全球主要不锈钢生产国，铬镍奥氏体不锈钢的份额通常占不锈钢总产量的50%~60%以上。
由于镍是一种稀缺且昂贵的元素，其短缺在战时尤为严重。 20世纪40年代推出的以锰、氮代替镍的标准铬锰奥氏体不锈钢（美国AISI 200系列），虽然发展周期较长，但适用范围较窄，产量较低；在美国，其年产量仅占不锈钢总产量的百分之几。近年来，高氮高强度和超高强度铬锰奥氏体不锈钢的出现，以及高氮无锰的研究取得进展。
(3)马氏体不锈钢
马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）控制性能的不锈钢。根据化学成分分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。
马氏体铬不锈钢主要有低碳（[C]≤0.15%）、中碳（[C]0.16%~0.40%）和高碳（[C]>0.40%）三种类型。碳是马氏体铬不锈钢中必不可少的重要合金元素。
马氏体铬不锈钢主要包括1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等传统钢种。其中铬含量至少为11.5%，最高可达18%，这赋予了这些钢在弱环境下的不锈性能和耐腐蚀性能。碳含量随铬含量变化，通常在0.10%至1.0%之间，以在淬火后提供高温下的奥氏体结构和室温下的马氏体结构。由于片状高碳马氏体的形成和碳化物的析出，这些钢获得了高强度和高硬度。淬火后的后续回火消除了淬火应力并形成均匀、稳定的组织，赋予钢材一定的塑性、韧性和良好的耐腐蚀性——一系列性能。由于马氏体铬不锈钢的耐腐蚀性比所有其他类别的不锈钢都要差，并且塑性和韧性较低，焊接性差或根本无法焊接，因此其广泛使用受到限制。
马氏体铬镍不锈钢的开发是为了克服传统马氏体钢的一些缺点。早期，著名的钢1Cr17Ni2是用镍代替碳制成的。尽管其韧性较马氏体铬钢有所增加，耐腐蚀性能也有所改善，但仍不适合焊接。
20世纪60年代以来发展起来的现代（超级）马氏体不锈钢，通过进一步用镍代替碳，达到超低碳含量，并引入2%~6%的Ni，在高温下保留奥氏体组织，经室温淬火和回火后，获得由低碳或超低碳板条马氏体、回复奥氏体和少量铁素体组成的复合组织。与钼、铜和其他强化元素的额外合金化使这些钢能够保留马氏体铬钢的高强度，同时保持良好的韧性和可焊性。在相同的铬含量下，现代马氏体钢的耐腐蚀性能明显超过传统马氏体铬钢的耐腐蚀性能。然而，由于碳含量较低，现代马氏体钢失去了马氏体铬钢固有的高硬度、耐磨性和高刃口锋利度的特性。
(4).双相不锈钢
自从发现奥氏体铬镍不锈钢中存在少量铁素体可以提高抗晶间腐蚀性能以来，已经过去了近一百年，这导致了奥氏体-铁素体（α+γ）铬镍双相钢的出现，并最终形成了与上述三大类不锈钢一起得到官方认可的一类双相钢。
由于广泛使用的α+γ镍铬双相钢的镍含量一般为5%~7%，仅为广泛使用的镍铬奥氏体钢镍含量的一半左右，而新开发的经济型双相钢的镍含量仅为1%~4%，因此α+γ双相钢也是一类重要的低镍合金不锈钢。
两相α+γ铬镍不锈钢的发展大约经历了三个重要阶段。根据特征合金元素、PRE（耐点蚀当量）值、α相和γ相比例的变化、出现时期和性能特点，双相不锈钢通常分为第一代、第二代和第三代钢。根据成分特征元素，可分为低合金、中合金和高合金双相钢。
由于两相比例难以控制，热加工性、焊接性有限以及经济因素，第一代双相钢的产量较低。然而，现代双相不锈钢的出现在很大程度上克服了第一代钢的缺点和限制，使其应用范围扩大，现已成为工程领域具有巨大发展潜力的一类钢。
1971年之前开发的牌号属于第一代双相不锈钢，其中包括20世纪30年代出现的第一种双相钢1Cr25Ni5Mo1.5。第一代钢中的氮含量处于电弧炉冶炼的通常水平。虽然第一代双相钢已充分展现出其特有性能，但由于不同牌号的PRE值较低，且淬火态相比差异较大且难以精确控制，导致双相钢在焊接接头区的优良性能明显变差甚至完全丧失，严重制约了双相钢在焊接结构中的应用和发展。
1971年至1989年间出现的牌号属于第二代双相不锈钢，其特点是强制氮含量。由于氮是积极形成和稳定奥氏体的元素，随着其在钢中含量的增加，一方面母材中奥氏体相的比例增加，高温下奥氏体的稳定性增强，导致相同温度下材料转变为铁素体的量减少。另一方面，从高温冷却过程中氮的高扩散速率促进铁素体快速转变为二次奥氏体，从而阻止了焊后熔合线和热影响区单相铁素体组织的形成。氮的引入为第二代及以后两代双相钢的出现和发展创造了条件。由于不锈钢中的氮主要溶解在奥氏体中，因此氮对双相不锈钢的有益作用实际上反映了氮对双相钢中奥氏体相的组织和性能的影响。
1990年以后推出的牌号属于第三代双相不锈钢，其特点是钼和氮的含量进一步提高，使该钢的PRE值≥40%，耐腐蚀性能，特别是耐点蚀和缝隙腐蚀能力进一步提高。如今它们也被称为超级双相不锈钢。
自2000年代初以来，两相不锈钢的发展一直朝着两个方向发展。一方面，合金元素含量不断增加，以达到更高的强度和优异的耐腐蚀性，如瑞典山特维克公司开发的SAF 2707和SAF 3207钢，PRE值>45%，称为超两相不锈钢。另一方面，有发展低镍、不含或少量钼的经济型双相钢的趋势，以降低双相钢的成本和价格，并显着提高其热加工性和焊接性，从而提高其与其他类型不锈钢相比的竞争力。
(5).弥散硬化不锈钢
弥散硬化不锈钢是一类在室温下基体组织可以是马氏体、奥氏体或铁素体，通过适当的热处理，通过金属间化合物的析出（时效）以及基体上的碳化物、氮化物等相而得到强化的不锈钢。
目前广泛使用的沉淀硬化不锈钢主要分为三类：马氏体沉淀硬化不锈钢、半奥氏体沉淀硬化不锈钢和奥氏体沉淀硬化不锈钢。此外，它们通常包括超低碳马氏体时效不锈钢。
虽然不锈钢的沉淀硬化原理早在20世纪30年代就已为人所知，但在第一级沉淀硬化不锈钢Stainless W推出后，直到1946年才得到实际应用。随后，由于航空、航天、核工业和化学工业对兼具耐腐蚀性和高强度重量比的钢材的需求，新型沉淀硬化不锈钢开始出现。在美国，此类钢被归类为600系列。超低碳马氏体时效不锈钢出现于 20 世纪 60 年代。它们是由马氏体时效钢开发而成，添加铬以赋予不锈钢性能。通常，它们也被归类为马氏体沉淀硬化不锈钢。
马氏体弥散硬化不锈钢具有不稳定的奥氏体结构，经过固溶处理后会发生马氏体转变。随后的时效导致马氏体基体上析出第二相，从而增强钢的强度。
超低碳马氏体时效不锈钢具有不锈性能；经过固溶处理和时效后，在超低碳高镍马氏体基体上析出第二相，从而强化了钢。
半奥氏体沉淀硬化不锈钢也是奥氏体不稳定的钢，但其奥氏体比马氏体沉淀硬化钢更稳定。在室温硬化状态下，半奥氏体弥散硬化钢具有奥氏体组织。经过冷塑性变形、低温处理或加热至750℃左右进行调整处理后，奥氏体可转变为马氏体，之后，通过随后的时效，在马氏体基体上形成第二相，使钢强化。
奥氏体沉淀硬化不锈钢具有稳定的奥氏体结构。经过固溶处理和随后的时效后，第二相从奥氏体基体中释放出来，从而增强了钢的强度。
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常用材料包括但不限于：
