不銹鋼的強(qiáng)度是由各種因素來確定,但最重要的和最基本的因素就是其中添加的不同的化學(xué)元素,主要是金屬元素。由于化學(xué)成分的差異不同類型的不銹鋼管有不同的強(qiáng)度特性。
1. 馬氏體型不銹鋼管
馬氏體型不銹鋼管與普通合金鋼管一樣具有通過淬火實(shí)現(xiàn)硬化的特性,因此可通過選擇牌號(hào)及熱處理?xiàng)l件來得到較大范圍的不同的力學(xué)性能。
馬氏體型不銹鋼管從大的方面來區(qū)分,屬于鐵-鉻-碳系不銹鋼,進(jìn)而可分為馬氏體鉻系不銹鋼和馬氏體鉻鎳系不銹鋼。在馬氏體鉻系不銹鋼中添加鉻、碳和鉬等元素時(shí),強(qiáng)度的變化趨勢(shì)和在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中添加鎳的強(qiáng)度特性做如下簡(jiǎn)述。
馬氏體鉻系不銹鋼在淬火-回火條件下,增加鉻的含量可使鐵素體含量增加,因而會(huì)降低硬度和抗拉強(qiáng)度。低碳馬氏體鉻系不銹鋼在退火條件下,當(dāng)鉻含量增加時(shí)硬度有所提高,而延伸率略有下降。在鉻含量一定的條件下,碳含量的增加使鋼在淬火后的硬度也隨之增加,而塑性降低。添加鉬的主要目的是提高鋼的強(qiáng)度、硬度及二次硬化效果。在進(jìn)行低溫淬火后,鉬的添加效果十分明顯。含量通常少于1%。
在馬氏體鉻鎳系不銹鋼中,含一定量的鎳可降低鋼中的鐵素體含量,使鋼得到最大硬度值。
馬氏體型不銹鋼管的化學(xué)成分特征是,在C含量0.1%~1.0%,Cr含量12%~27%的不同成分組合基礎(chǔ)上添加鉬、鎢、釩和鈮等元素。由于組織結(jié)構(gòu)為體心立方(bcc)晶格結(jié)構(gòu),因而在高溫下強(qiáng)度急劇下降。而在600℃以下,高溫強(qiáng)度在各類不銹鋼中最高,蠕變強(qiáng)度也最高。
2. 鐵素體型不銹鋼管
據(jù)研究結(jié)果,當(dāng)鉻含量小于25%時(shí)鐵素體組織會(huì)抑制馬氏體組織的形成,因而隨鉻含量的增加其強(qiáng)度下降;高于25%時(shí)由于合金的固溶強(qiáng)化作用,強(qiáng)度略有提高。鉬含量的增加可使其更易獲得鐵素體組織,可促進(jìn)α相、σ相和x相的析出,并經(jīng)固溶強(qiáng)化后其強(qiáng)度提高。但同時(shí)也提高了缺口敏感性,從而使韌性降低。鉬提高鐵素體型不銹鋼管強(qiáng)度的作用大于鉻的作用。
鐵素體型不銹鋼管的化學(xué)成分特征是含Cr11%~30%,其中添加鈮和鈦。其高溫強(qiáng)度在各類不銹鋼管中是最低的,但對(duì)熱疲勞的抗力最強(qiáng)。
3. 奧氏體型不銹鋼管
奧氏體型不銹鋼管中增加碳的含量后,由于其固溶強(qiáng)化作用使強(qiáng)度得到提高。奧氏體型不銹鋼管的化學(xué)成分特性是以鉻、鎳為基礎(chǔ)添加鉬、鎢、鈮和鈦等元素。由于其組織為面心立方(fcc)晶格結(jié)構(gòu),因而在高溫下有高的強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。奧氏體不銹鋼還由于線膨脹系數(shù)大,因而比鐵素體型不銹鋼熱疲勞強(qiáng)度差。
4. 雙相不銹鋼管
對(duì)鉻含量約為25%的雙相不銹鋼管的力學(xué)性能研究表明,在奧氏體+鐵素體雙相區(qū)內(nèi)鎳含量增加時(shí)γ相也增加。當(dāng)鋼中的鉻含量為5%時(shí),鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到最高值;當(dāng)鎳含量為10%時(shí),鋼的強(qiáng)度達(dá)到最大值。