1. 执行摘要
“18-8 不锈钢”是奥氏体不锈钢系列的通用名称，其特征大致如下 18% 铬 和 8% 镍 (因此“18-8”).
最知名的成员是 类型 304 (美国S30400 / 在 1.4301). 18-8 合金是不锈钢技术的主力，因为它们具有广泛的耐腐蚀性, 出色的表现性, 高韧性, 并且制作简单.
他们不是, 然而, 腐蚀性氯化物环境或高温蠕变应用的最佳选择 - 在这些情况下添加钼的合金, 稳定或双相微观结构, 或镍基合金是优选的.
2. “18-8”的含义——定义和范围
“18-8”是非正式的, 指定的历史描述符 不锈钢 和 大约 18 铬重量百分比 和 8 镍重量百分比— 20 世纪初推出的经典奥氏体不锈钢成分.
它通常指的是 300-系列奥氏体 家庭: 主要是 类型 304 及其变体 (304l, 304h), 加上相关的稳定等级 (例如。, 321, 347) 共享 18–20% Cr / 8–10% Ni 基但添加钛或铌以控制碳化物沉淀.
要点:
- “18-8”是一个实用的速记——指定准确的等级 (例如。, 304, 304l, 321) 在采购中.
- Ni 稳定了奥氏体微观结构; Cr 提供钝化性和抗氧化性.
3. 典型等级和标准
常见商用 18-8 变体包括:
- 类型 304 (美国S30400 / 在 1.4301) - 标准 18-8 防锈的; 通用目的.
- 类型304L (S30403 / 1.4306) — 低碳变体 (≤0.03％c) 减少焊接过程中的敏化.
- 304H型 (S30409 / 1.4307) — 较高的碳含量 (约0.04-0.10%) 提高高温下的强度.
- 类型 321 (S32100 / 1.4541) — 钛稳定化，在 450–850 °C 范围内暴露后具有更好的抗晶间腐蚀能力.
- 类型 347 (S34700 / 1.4550) — 铌稳定化相当于 321.
涵盖这些等级的标准包括 ASTM A240 / A240M (盘子, 床单), ASTM A276 (酒吧), ASME/ASME II, 和 EN/ISO 同等标准. 始终参考规格中的精确标准和 UNS/EN 编号.
4. 化学成分 18-8 不锈钢
| 元素 | 典型范围 (典型的 304 家庭) | 主要角色 |
| 铬 (Cr) | 〜17.5 – 19.5 重量% | 形成钝化 Cr2O₃ 膜——耐腐蚀性的主要贡献者 |
| 镍 (在) | ~8.0 – 10.5 重量% | 奥氏体稳定剂; 提高韧性, 延展性和制造 |
| 碳 (c) | ≤ 0.08 重量% (304); ≤0.03重量% (304l) | 提高强度，但高碳会导致碳化物析出 (致敏) |
| 锰 (Mn) | ≤ 2.0 典型重量% | 有助于脱氧和一定程度的奥氏体稳定 |
硅 (和) |
≤ ~1.0 重量% | 脱氧剂; 对高 T 行为影响较小 |
| 磷 (p), 硫 (s) | 低的 (痕迹) | 保持最小以保持韧性和耐腐蚀性 |
| 钛 (的) / 铌 (NB) | 补充内容 321 / 347 | 碳稳定剂; 结合C以避免Cr碳化物沉淀 |
| 钼 (莫) | 通常 0 经典中 18-8 (存在于 316) | 提高抗点蚀能力——普通材料中不存在 18-8, 所以耐点蚀能力有限 |
5. 机械性能 18-8 不锈钢
下表给出了典型机械性能 18-8 奥氏体不锈钢 (例如。, 类型 304 家庭) 在固溶退火中 / 退火状况.
| 财产 | 代表值 (退火 18-8 / 类型 304 家庭) | 实用笔记 & 冷加工效应 |
| 0.2% 偏移屈服强度 (RP0.2) | 〜205 MPA (≈ 30 KSI) 典型的; 范围 〜190 – 260 MPA | 退火 304 通常~205 MPa. 冷工作 (滚动, 绘画) 逐步提高产量 (可以超过 400–800 MPA 用于严重变形). |
| 抗拉强度 (RM, UTS) | 〜515 – 720 MPA (典型值 ~520–620 MPa) | UTS随着冷加工而增加; 重度冷加工材料可以接近或超过 900 极端情况下的 MPa. |
| 休息时伸长 (一个, %) | 〜40 – 60 % (在标准测试样品上) | 退火状态下具有高延展性. 伸长率随着冷加工和硬度的增加而下降 (可能会跌破 20% 对于重加工材料). |
硬度 (罗克韦尔 / 布里尔) |
〜70 – 95 HRB (大约. 〜120 – 220 HB) | 典型退火 HRB ~70–95. 冷加工显着提高硬度 (加工硬化板材可超过HRB 100 / HB 250+). |
| 弹性模量, e | ≈ 193 - 200 GPA | 使用 ≈ 193 GPA 用于结构/刚度计算; 与强度相比，E 对冷加工基本上不敏感. |
| 剪切模量, g | ≈ 75 - 80 GPA | 使用 〜77 GPa 用于扭矩计算. |
| 泊松比, n | ≈ 0.28 - 0.30 | 使用 0.29 作为方便的设计值. |
疲劳 (S-N) — 典型的耐力 |
高度依赖于表面光洁度, 平均应力和缺陷; 粗略指导: 耐受极限 ≈ 0.3–0.5×Rm 为了顺利, 抛光标本 | 在实际部件中，疲劳寿命由焊缝决定, 表面状况和残余应力. 使用组件测试或供应商 S-N 曲线进行设计. |
| 夏比冲击 (CVN) | 良好的韧性—典型室温CVN >> 20–30 焦耳 对于大多数退火产品形式 | 奥氏体 18-8 在低温下保持韧性; 如果需要断裂关键或低温服务，请指定 CVN 值. |
6. 身体的 & 热性能
- 密度: ≈ 7.9 克·厘米⁻³.
- 弹性模量 (e): ≈ 193–200 GPa.
- 导热率: 对于金属来说相对较低, ≈ 14–16 W·m⁻1·K⁻1 在 100 °C (随温度下降).
- 热膨胀系数: ≈ 16–17×10⁻⁶ K⁻1 (20–100°C) — 高于碳钢, 对于热接头设计很重要.
- 熔化范围: 固体〜 1375–1400°C, 液体〜 1400–1450°C (成分依赖).
- 磁性行为: 本质上 非磁性 退火状态下; 冷加工或马氏体的形成赋予温和的铁磁性.
温度使用限制: 连续使用可达 〜400–800°C 可能取决于合金和环境; 谨防敏感区 (〜425–850°C) 以及高温下的渗碳/氧化.
对于持续的高 T 强度，请考虑 304H, 309, 310 或其他高温合金.
7. 腐蚀行为——优点和局限性
优势
- 良好的一般耐腐蚀性 在氧化气氛和许多化学品中 (酸/碱) 在环境温度下.
钝化 Cr2O₃ 薄膜在食品中具有广泛用途, 建筑和许多流程环境. - 良好的卫生和清洁性, 这就是为什么 18-8 广泛应用于食品中, 饮料和医疗设备.
限制
- 氯化物中的点蚀和缝隙腐蚀: 无钼, 18-8 在含氯介质中容易受到局部攻击 (海水, 盐水) 特别是在高温或缝隙中.
如果存在氯化物, 类型 316 (与莫) 通常选择双相合金或双相合金. - 应力腐蚀开裂 (SCC): 奥氏体 18-8 钢在拉伸应力和高温下容易受到氯化物引起的 SCC; 避免拉应力的组合 + 氯化物 + 温度.
- 晶间腐蚀 (致敏): 除非低温，否则会在暴露于 425–850 °C 后发生 (304l) 或稳定的成绩 (321/347) 被使用.
- 电腐蚀: 当与更贵重的合金结合时, 18-8 在某些电解质中可以充当阳极 - 设计以避免异种金属接触或提供绝缘.
实用选择规则: 适用于发生氯化物或重还原条件的一般用途, 评价 316 (莫), 超级奥氏体, 双工 或者 镍合金.
8. 制造: 成型, 加工, 焊接和连接
成型
- 出色的表现性 由于高延展性，处于退火状态. 使用适当的工具来解决回弹问题 (高于低碳钢) 和强烈的加工硬化行为.
- 深图 & 旋转 常见于炊具和薄壁容器.
加工
- 出了名的“软糖” 与碳钢相比; 奥氏体不锈钢在切削过程中加工硬化, 这会增加刀具磨损. 最佳实践:
-
- 使用刚性工具, 正前角硬质合金刀具.
- 采用适中的切削速度, 粗加工高进给, 和充足的冷却液以避免积屑瘤和热量.
- 使用锋利的边缘和断屑槽.
焊接 & 加入
- 出色的可焊性 通过常用方法 (GTAW, 田, Smaw, fcaw). 要点:
-
- 使用低碳 (304l) 对于需要考虑焊后敏化问题的焊接组件.
- 使用适当的填充金属 (例如。, 308L/308不锈钢填料 304 贱金属) 匹配化学性质并避免热裂.
- 控制热量输入 & 层间温度; 过多的热量会扩大敏感区.
- 焊后固溶退火 (1050–1100°C) 随后进行快速淬火可以在可行的情况下恢复耐腐蚀性; 对于组装结构通常不可行.
或者, 使用低碳或稳定等级以避免焊后热处理的需要. - 注意某些焊接结构中的凝固裂纹 - 遵循合格的 WPS 和资格预审程序.
其他加盟
- 钎焊, 焊接, 粘合键合 与适当的助焊剂和表面处理一起使用. 粘合剂粘合经常需要表面活化 (火焰, 等离子体, 化学蚀刻).
9. 热处理 & 热处理
- 不可淬火硬化 & 脾气 (奥氏体 18-8 不会像碳钢那样通过热处理形成马氏体).
- 固溶退火: 典型于 1010–1120°C 随后快速淬火 (水) 溶解碳化物并恢复耐腐蚀性和延展性. 如果可行，在焊接/重冷加工后使用.
- 消除应力退火: 有限的利益; 如果执行, 避免敏化范围内的温度，除非随后进行固溶退火.
- 老化: 长时间暴露于 475 °C (475 °C脆化) 在某些铁镍铬合金中，会使材料变脆——这对于 304, 但长时间暴露要小心.
10. 表面饰面, 钝化和清洗
- 机械饰面: 2b, 学士, 1号, 4号 (刷) ETC. 选择完成申请: 抛光卫生, 哑光建筑用.
- 腌制 & 钝化: 化学酸洗可去除热色和嵌入的铁; 钝化 (硝酸或柠檬酸处理) 恢复并强化钝化膜——在焊接或制造后至关重要.
出于安全和环境原因，柠檬酸钝化越来越受到青睐. - 电力: 降低表面粗糙度并提高耐腐蚀性 (可用于制药/食品工业).
- 打扫: 避免使用氯化清洁剂; 喜欢使用温和的碱性清洁剂或洗涤剂，然后用饮用水冲洗. 用于关键卫生用途, 验证清洁方案.
11. 典型应用 18-8 不锈钢
- 食品服务和加工设备: 水槽, 输送机, 储罐 — 卫生, 易于清洁.
- 建筑表面和装饰: 耐用的, 耐腐蚀饰面.
- 家居用品: 刀具, 炊具, 电器面板.
- 化工工艺设备 (温和的服务): 管道, 适用于无氯环境的阀门.
- 紧固件, 弹簧 (冷加工时), 仪器: 利用加工硬化实现机械功能.
- 医疗器械和植入物 (选择成绩, 受控制造): 由于生物相容性和可灭菌性 (但不是全部 18-8 变体是医疗级的).
12. 与相关合金的比较
| 财产 / 方面 | 18-8 不锈钢 (类型 304 家庭) | 类型 316 (18-10 + 莫) | 稳定化 18-8 (321 / 347) | 双工 2205 |
| 构图亮点 | ~18% 铬, ~8–10% 在 | ~17–18% 铬, ~10–14% 镍, 2–3％mo | 18–20% 铬, ~8–10% 在 + 的 (321) 或者 NB (347) | ~22% 铬, ~5–6% 镍, ~3% 钼, n |
| 合金族 | 奥氏体不锈钢 | 奥氏体不锈钢 | 奥氏体不锈钢 (稳定的) | 双工不锈钢 (奥氏体 + 铁矿) |
| 耐点蚀性 (相对的) | 缓和 | 改进与 304 (Mo增强型) | 类似于 304 | 高的 (明显优于 304/316) |
| 耐氯化物SCC | 仅限于热氯化物环境 | 比 304, 但SCC仍有可能 | 类似于 304 (稳定性影响焊缝, 不是 SCC) | 出色的 — 抗氯化物 SCC 能力强 |
| 典型的 0.2% 产生强度 (退火) | 〜190–260 兆帕 | ~185–260 兆帕 | 〜190–260 兆帕 | ~400–500 兆帕 |
典型拉伸强度 (退火) |
~515–720 兆帕 | ~515–700 兆帕 | ~515–700 兆帕 | ~620–880 兆帕 |
| 延性 / 伸长 | 出色的 (约 40–60%) | 出色的 (类似于 304) | 出色的 | 中等–良好 (低于奥氏体牌号) |
| 低温韧性 | 出色的, 保持低温范围的韧性 | 出色的 | 出色的 | 好的, 但不如全奥氏体钢 |
| 高温稳定性 | 缓和; 304H 优选用于高温 | 缓和; 316可用 | 优异的抗敏性 | 仅限于长期蠕变服务 |
| 可焊性 | 出色的; 304L 风险低 | 出色的; 316L常用 | 非常适合焊接组件 | 很好，但需要受控程序 |
形成性 |
优异的深冲和冷成型性能 | 非常好 | 非常好 | 公平的; 较高的强度会导致回弹 |
| 磁性行为 | 非磁性 (退火) | 非磁性 (退火) | 非磁性 (退火) | 部分磁性 |
| 典型的应用 | 食品设备, 建筑, 压力容器, 管道 | 海洋硬件, 化学处理, 热交换器 | 飞机, 排气系统, 焊接受压零件 | 离岸, 淡化, 油 & 气体, 化学植物 |
| 相对材料成本 | 低 - 中等 | 中高 | 缓和 | 高的 |
13. 结论
18-8 不锈钢 代表了现代工程中最平衡和最广泛采用的材料系统之一.
通过组合大约 18% 铬和 8% 镍, 它实现了稳定的奥氏体微观结构，具有卓越的耐腐蚀性能, 机械可靠性, 形成性, 和可焊性.
这些特征解释了它在食品加工领域的长期主导地位, 化学设备, 建筑结构, 压力容器, 和一般工业应用.
常见问题解答
不锈钢中的“18-8”是什么意思?
“18-8”是指标称化学成分约为 18% 铬和 8% 镍.
该成分可稳定奥氏体结构, 提供耐腐蚀性, 延性, 和退火条件下的非磁性行为.
是 18-8 不锈钢同型号 304?
类型 304 是最常见的标准化等级 18-8 家庭.
虽然“18-8”是一个通用的行业术语, 类型 304 (及其变体，例如 304L 和 304H) 代表国际标准下精确定义的规范.
是 18-8 不锈钢磁性?
在固溶退火状态下, 18-8 不锈钢本质上是无磁性的. 然而, 冷加工可引起部分马氏体转变, 导致轻微的磁响应.
主要优点有哪些 18-8 不锈钢优于双相不锈钢?
18-8 不锈钢具有卓越的成型性, 更容易焊接, 更好的低温韧性, 并降低材料和制造成本.
双相不锈钢具有更高的强度和更高的耐氯化物性，但加工要求更高.
