不锈钢：特性和应用

不锈钢的发展源于其固有的特性，这些特性反过来满足了各种需求。虽然其关键特性是耐腐蚀性，但不锈钢并不仅仅由这一特性定义。它还具有独特的机械性能（如屈服强度、抗拉强度、蠕变强度、高温强度和低温强度）、物理性能（包括密度、比热容、线膨胀系数、导热性、电阻率、磁导率和弹性模量）、可加工性（如成形性、焊接性和机械加工性），以及金相特征（相组成、微观结构等）。这些特性共同定义了不锈钢。下面，我们将简要介绍一些其基本特性。

(1) 强度（抗拉强度，屈服强度）

不锈钢的强度受到多种因素的影响，其中添加不同的化学元素，主要是金属元素，是最关键和基本的。不锈钢的不同类型由于其化学成分的差异而表现出不同的强度特性。

(a) 马氏体不锈钢

马氏体不锈钢与普通合金钢一样，具有通过淬火硬化的能力。因此，通过选择适当的等级和热处理条件，可以实现广泛的机械性能。

马氏体不锈钢可以大致分为铁-铬-碳不锈钢。它们可以进一步分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬-镍不锈钢。以下描述了在马氏体铬不锈钢中添加铬、碳和钼等元素时强度变化的趋势，以及在马氏体铬-镍不锈钢中添加镍时的强度特性。

在淬火和回火条件下，增加马氏体铬不锈钢中的铬含量会导致铁素体含量增加，从而降低硬度和抗拉强度。对于退火状态下的低碳马氏体铬不锈钢，铬含量的增加会导致硬度略有增加，而延伸率略有下降。在固定铬含量的情况下，增加碳含量会提高钢材在淬火后的硬度，同时降低其塑性。添加钼的主要目的是增强钢的强度、硬度和二次硬化效果。钼的添加效果在低温淬火后尤为明显，其含量通常小于1%。在马氏体铬镍不锈钢中，适量的镍的存在减少了钢中的δ-铁素体含量，使其能够达到更高的硬度值。

马氏体不锈钢的化学成分以在不同组合的0.1%-1.0%碳和12%-27%铬的基础上添加钼、钨、钒和铌等元素为特征。由于其体心立方结构，它们的强度在高温下急剧下降。然而，在600°C以下，它们表现出高温强度和蠕变强度，这在所有类型的不锈钢中都是最高的。

(b) 铁素体不锈钢

根据研究结果，当铬含量低于25%时，铁素体结构抑制马氏体结构的形成，导致强度随着铬含量的增加而降低。当铬含量超过25%时，合金的固溶强化效应略微提高了强度。钼含量的增加有助于铁素体结构的形成，促进α'、β和χ相的析出，并通过固溶强化增强强度。然而，它也增加了缺口敏感性，从而降低了韧性。钼对增强铁素体不锈钢强度的影响大于铬。

铁素体不锈钢的化学成分的特点是含有11%-30%的铬，并添加了铌和钛。它们的高温强度在所有类型的不锈钢中是最低的，但它们表现出强烈的热疲劳抵抗力。

(c) 奥氏体不锈钢