1.2.3　按組織分類

根據不銹鋼的顯微組織，分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼及沉淀硬化不銹鋼五大類，是目前廣泛采用的一種分類方法。（下面內容會根據不銹鋼顯微組織分類進行詳細的介紹）常用不銹鋼的成分和性能見GB/T 4237—2007《不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶》。

（1）馬氏體不銹鋼　馬氏體不銹鋼中含鉻11.5％～18％，含碳0.08％～1.2％，其他合金元素小于2％～3％，常用的鋼號有08Cr13、15Cr13、21Cr13、14Cr17Ni2等。它們在高溫下呈奧氏體存在，經過適當冷卻至室溫后轉變為馬氏體組織，但鋼中常含有一定量的殘余奧氏體、鐵素體或珠光體。馬氏體不銹鋼的特點是具有較高的硬度、強度、耐磨性，良好的抗疲勞性能以及一定的耐蝕性能。20世紀50年代，為改善馬氏體不銹鋼的焊接性能，將鋼的含碳量降至0.07％以下，為獲得馬氏體相變的可能性再加入一定量的鎳，從而形成了一個新的系列。隨著精煉技術的發展并引入不銹鋼生產，可將鋼中碳的含量降至0.03％以下，并根據需要，優化鋼的成分，形成了一系列的超級馬氏體不銹鋼，如00Cr13Ni2Mo、00Cr13Ni5Mo等，其焊接性能得到了極大改善。

（2）鐵素體不銹鋼　這類鋼一般不含鎳，含鉻量為12％～30％，有的還含少量的鉬、鈦或鈮等元素，具有良好的抗氧化性、耐蝕性和耐氯化物腐蝕斷裂性能。目前對于鐵素體不銹鋼有兩種分類方法。一種是根據鋼的純凈度，特別是碳、氮雜質含量又分為普通型和高純型。普通鐵素體不銹鋼具有低溫和室溫脆性，缺口敏感性和晶間腐蝕傾向較高，焊接性較差等缺點，而高純型鐵素體不銹鋼中碳、氮含量極低（0.015％～0.025％），不但使用性能好，焊接性能也好，如03Cr17Mo、01Cr27Mo等。另一種是根據鉻的含量可分為低鉻、中鉻和高鉻三類。其中，低鉻鐵素體不銹鋼的含鉻量為11％～14％，如03Cr12、08Cr13Al等，具有良好的韌性、塑性、冷變形性和焊接性能。中鉻鐵素體不銹鋼的含鉻量為14％～18％，如12Cr17、12Cr17Mo等，具有較好的耐蝕性和耐銹性。高鉻鐵素體不銹鋼的含鉻量為18％～30％，如Cr18Si、Cr25等，具有良好的抗氧化性，可在980℃高溫下連續使用。在冶煉過程中嚴格控制C、N等元素總量，得到高純或超純鐵素體不銹鋼，它們含有極低的碳和氮（“高純”標號000，C+N≤0.030％，“超純”標號0000，C+N≤0.015％，C可達到≤0.005％），含鉻量高，又含有鉬、鈦、鈮等元素，這類鋼具有良好的力學性能（特別是韌性）、焊接性能、耐晶間腐蝕性能、可耐點蝕和縫隙腐蝕、優異的耐應力腐蝕斷裂性能。今后有可能在很大范圍內代替奧氏體不銹鋼，但其475℃脆性問題仍需予以注意，如000Cr18Mo（Ti）、0000Cr18Mo2（Ti）、0000Cr26Mo1、0000Cr30Mo2等。

（3）奧氏體不銹鋼　按照奧氏體化元素的不同，可將其分為鉻鎳系（3XX系）和鉻錳系（2XX系）兩大類。鉻鎳系以鎳為主要奧氏體化元素，其含量至少要在8％以上，最高可達30％。為保證鋼的不銹性和耐蝕性，鉻含量一般不低于17％。鉻錳系奧氏體以錳為主要奧氏體化元素，但錳的奧氏體化能力比鎳低得多（僅為鎳的一半左右），而且在含鉻量超過15％的鋼中，僅靠加錳，即使再高也不能使鋼完全奧氏體化，因此該系中通常都含有足夠量的氮，有的還得保留適當的鎳，故該系實際上成為鉻錳氮系或鉻錳鎳氮系的奧氏體不銹鋼。

①鉻鎳奧氏體不銹鋼　它是奧氏體不銹鋼的主體，其基礎牌號是18-8型不銹鋼，鋼中鉻鎳含量分別為19％和10％，在氧化性介質中耐蝕性優良。為了提高在各種不同使用條件下及較強腐蝕環境中的耐蝕性能，鋼的合金成分在兩個方面作了發展和改進：一是提高鉻、鎳含量，鉻可提高到25％以上，鎳可達30％左右；二是向鋼中添加Mo、Cu、Si、N、Ti和Nb等合金元素。含碳量都較低，常用牌號多低于0.08％，并且有越來越多的牌號已達到超低碳（≤0.03％）甚至更低的水平（≤0.02％）。其中最常用的鋼種及其代表性牌號有以下幾種。a基礎鋼種：03Cr18Ni9、03Cr19Ni10。b用鈦、鈮穩定化的鋼：07Cr18Ni9Ti、08Cr18Ni11Nb。c提高鉻、鎳含量的鋼：08Cr23Ni13、08Cr25Ni20、08Cr18Ni35Si。d用鉬、銅合金化的鋼：08Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni10Cu3、03Cr18Ni14Mo2Cu2、00Cr20Ni29Mo2Cu3Nb。e高硅或含氮的鋼：08Cr18Ni13Si4、08Cr19Ni9N、03Cr17Ni13Mo2N等。

②鉻錳奧氏體不銹鋼　錳是維持奧氏體基體的合金元素，其含量為5％～18％；鉻的含量多在17％以上，最高可達22％，以保證其不銹性和耐蝕性。氮的奧氏體化能力是鎳的30倍，其含量一般在0.2％以上，有時可達0.5％～0.6％。簡單的鉻錳氮鋼只耐氧化性介質的腐蝕，向鋼中加入鉬、銅等元素可提高鋼在多種非氧化性腐蝕環境中的耐蝕性；有時也加入少量鈮或釩（<1％），以改善耐晶間腐蝕性能。已經應用的牌號有以下幾種。a鉻錳氮鋼：0Cr18Mn15N。b鉻錳鎳氮鋼：0Cr18Ni3Mn13N、0Cr21Ni6Mn9N。c含鉬或銅的鉻錳系鋼：0Cr18Mn13Mo2N、0Cr18Ni5Mn10Mo3N、0Cr17Ni5Mn6Cu、0Cr17Ni6Mn6MoCu2等。

近來又開發了一類高鉬（約6％）、含氮（約0.20％～0.40％）鉻鎳奧氏體不銹鋼，這類通常稱為超級奧氏體不銹鋼。除了在還原性介質中具有優異的耐蝕性外，并有好的抗應力腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕的能力，其代表性的鋼號有：含碳量<0.020％的00Cr20Ni18Mo6N、00Cr24Ni22Mo6N以及Avesta 254SMO（6％Mo）、654SMO（7％Mo）等鋼。

（4）雙相不銹鋼　鋼中鐵素體相和奧氏體相約各占一半的不銹鋼，且較少相的含量應在30％以上。雙相不銹鋼兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優點，既有較高的強度和耐氯化物應力腐蝕性能，又有優良的韌性和焊接性能。它已經用于化工、石油、造紙及能源等工業領域，尤其在含氯的介質中應用更為廣泛。按鋼中主體元素分類，雙相不銹鋼可分為Cr-Ni系和Cr-Mn-N系兩個類型，但得到廣泛應用的是Cr-Ni系雙相不銹鋼。為了得到恰當的兩相比例，Cr-Ni系鋼中鉻的含量較高，而鎳的含量較低，甚至很低。為得到更為理想的耐蝕性，還在鋼中加入Mo、N、Cu、W、Nb、Ti等元素。按照含鉻量的高低，通常劃分為18Cr型、22Cr型和25Cr型三類，各類型中鎳的含量均在5％～7％左右。雙相不銹鋼具有優良的耐孔蝕性能，孔蝕抗力當量值PRE（PRE=Cr％+3.3Mo％+16N％）越大，抗腐蝕性能越好。18Cr型（18Cr-5Ni-3Mo）和22Cr型（22Cr-5Ni-3Mo）的PRE=29～36；25Cr型（25Cr-5Ni-3Mo）的PRE=32～40；PRE>40的稱為超級雙相不銹鋼，如25Cr型的（25Cr-7Ni-4Mo-0.3N）。

雙相不銹鋼已發展了三代，第一代以美國的329鋼為代表，因含碳量較高（C≤0.1％），焊接時失去相的平衡及沿晶界析出碳化物而導致耐蝕性和韌性下降，焊后必須經過熱處理，應用受到限制。隨著二次精煉技術AOD和VOD等方法的出現與普及，容易煉出超低碳（C≤0.03％）的鋼，同時發現氮作為奧氏體形成元素對雙相不銹鋼有重要作用，在焊接熱影響區快速冷卻時，氮促進了高溫下形成的鐵素體逆轉變為足夠數量的二次奧氏體，以維持必要的相平衡，提高了焊接接頭的耐蝕性，從而開發了第二代新型含氮雙相不銹鋼。20世紀80年代后期發展的超級雙相不銹鋼屬于第三代，它的特點是含碳量低（0.01％～0.02％），含鉬量高（約4％），含氮量高（約0.3％），鋼中鐵素體含量為40％～45％。常用的雙相不銹鋼牌號有：03Cr19Ni5Mo3Si2N、03Cr26Ni5Mo2N、03Cr22Ni5Mo3N、04Cr25Ni6Mo3Cu2N等。

（5）沉淀硬化不銹鋼　它是一類含有沉淀硬化元素（Cu、Al、Ti、Nb）的鐵鉻鎳合金，并且通過熱處理進行強化。此類鋼具有高的強度、足夠的韌性和適宜的耐蝕性，主要用于宇航工業和一些高技術產業，簡稱PH鋼。根據鋼的組織可分為如下三類：馬氏體沉淀硬化不銹鋼、半奧氏體沉淀硬化不銹鋼和奧氏體沉淀硬化不銹鋼。

以上對不同種類的不銹鋼進行了介紹。總體而言，大多數不銹鋼的焊接性是良好的，但需要采用相應的工藝措施，以避免產生冷、熱裂紋，脆化及抗晶間腐蝕和應力腐蝕等性能的惡化。至于像高S、高P和含Se的303、416、416Se、430F、430FSe等追求良好切削加工性的不銹鋼，以及高含C量的440等不銹鋼，則焊接非常困難。

另外值得注意的是，在我國對不銹鋼的名稱習慣用不銹鋼的鋼號表示，我國以該鋼號中的碳（千分含量）及主要合金元素（百分含量）來表示，如15Cr13、03Cr18Ni10等。Ti、Nb、N等元素雖然含量很低，但對鋼的性能有一定影響，故在鋼號中也要列出，如08Cr19Ni9N、12Cr18Ni12Mo2Ti等。對于鉻鎳型不銹鋼，除了采用標準的鋼號標志符號外（如03Cr19Ni10），也可采用較簡單的兩組數字來表示，如18-8、24-13等，分別表示鉻和鎳的平均含量。例如，18-8鋼，表示該不銹鋼中平均含Cr量為18％，平均含Ni量為8％以上。

新的國家標準對不銹鋼鋼號中的碳含量表示方法作了修改。原來以00、0、1等數字作大致的區分，如“00”表示超低碳（≤0.030％），“0”表示含碳量不大于0.08％，而“1”含碳量為0.1％左右，其上限值可能是0.12％，也可能是0.15％，隨鋼號而定。而在新國標中，是以碳含量的上限值或中值（指有上、下限）來表示。如“03”、“08”分別表示含碳量不大于0.030％和0.08％，如“07”表示含碳量為0.04％～0.10％。這樣的表示方法顯得更為直觀、方便。某些工業化國家（如美國、日本等），習慣以三位數字來表示不銹鋼的牌號，如2XX為鉻錳鎳氮不銹鋼系列，3XX為鉻鎳不銹鋼系列，4XX為鉻不銹鋼系列，6XX為沉淀硬化型不銹鋼系列。例如，鋼號321相當于08Cr18Ni10Ti，410相當于15Cr13。我國的不銹鋼焊接材料標準（等效采用美國AWS標準），也以三位數字來表示不銹鋼焊材型號。鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼及奧氏體不銹鋼系統圖分別見圖1-1～圖1-3。顯示了各類不銹鋼的大致演變過程及合金元素的作用。