簡介不鏽鋼

不鏽鋼是裝修工程甚至我們日常生活中常使用的金屬。很多人都誤以為只要稱作不鏽鋼,就一定都不會生鏽,而忽略了不鏽鋼的種類與成分,相當的繁多,可以適合不同領域的需求。因此在應用上必須根據其特性,否則容易發生問題。譬如,常見到很多設計,在海邊的構造物中使用304種類的不鏽鋼,可是304的不鏽鋼,對氯離子並無很好的抵抗性,在一般的氣候環境下,304可以發揮優秀的防蝕性能。但在海邊高鹽、高氯的環境下,使用添加了2~3%鉬成分的316等級的不鏽鋼,才對氯鹽的侵蝕有較佳的抵抗性。

不鏽鋼並不能簡單當作是一個鋼種名稱,如前述不鏽鋼的種類很多,應用的範圍非常廣泛。目前所知大約有一百八十餘種,這還不包括許多鋼廠自行開發的特殊的、不同的不鏽鋼。各種不鏽鋼以它的抗腐蝕性、機械強度、延展性、磁性及加工性等,來調整其成分,但不鏽鋼本身主要的成分仍是鋼。依EN
10088-1之定義,鋼中至少含有10.5 %鉻、且含碳量不超過1.2 %時,才稱為不鏽鋼。

一般鐵生鏽時體積膨脹,膨脹到一定程度就產生剝離,這使得內部的鐵進一步生鏽。但鉻在金屬表面的情形和鋁一樣,氧化後能在表面形成連續緻密的氧化膜(俗稱鈍化膜),而此鈍化膜,可隔絕內部金屬與外在環境的進一步接觸,因而具有耐腐蝕的功能。但造成腐蝕的因子非常的多,所有開發的不鏽鋼中,各有其適用的特性,並沒有任何一種不鏽鋼,可以適應所有的環境而不產生腐蝕的,只是比起鋼鐵材料來講,有更佳的耐蝕性。

不鏽鋼的種類依據CNS 8497的規定,主要是以不鏽鋼的金相來分,略如表1。主要分為肥粒體、沃斯田體、麻田散體等。一般鐵金屬在常溫下呈現的是肥粒體(體心立方結晶,一般稱肥粒鐵),在高溫下會轉變成沃斯田體(又稱奧斯田鐵,面心立方結晶)。沃斯田體不鏽鋼含大量的鉻,所以必須在適當的溫度下迅速冷卻,以使鉻能均勻分布在鐵中(固溶)。另外我們常在不鏽鋼中加入鎳,鎳雖非不生鏽的必須成分,但因能維持結晶的穩定性,因此仍使用在大多數的不鏽鋼中。鎳同時也使不鏽鋼的磁性消失,例如304,316等的不鏽鋼,一般常以磁性有無來判定。可是其他種類的不含鎳的不鏽鋼,是仍具有磁性的。事實上,縱使是304或316的不鏽鋼,在經過比較大的加工變形後,也會因產生麻田散鐵而略具有磁性,而經由一些熱處理程序,如徐冷、急冷(淬火)、再加溫(退火、回火等)等處理,產生了麻田散鐵。麻田散鐵強度高、硬度大但缺乏伸展性,在一般水淬鋼筋週邊的硬化區,常見到這種型式的晶相。至於析出硬化在CNS中,分為固溶處理與析出硬化處理兩種。在適當的溫度使過飽和的合金元素析出,並使材料強度上升。

在不同的鋼種編號後,常會見到增加一些特別的符號,以表示特別的成分增加。例如常見的304L代表低碳含量,304LN代表低碳外增加了氮,304Cu代表增加了銅等,如果有兩種以上類似的,則後面再標以1或2,如304L1、304L2等,可以因應不同的需要而加選擇(表2)。

一般常用的沃斯田體系不鏽鋼,強度較一般碳鋼強度低,但熱膨脹係數高約50%,熱傳導係數卻低約50%,因此不鏽鋼銲接有散熱慢,變形量大的特性,所以要特別注意控制銲接時的入熱量,再加上不鏽鋼中鐵、鉻熔點不同,入熱量過高,有可能導致銲接的週邊(熱影響區),碳化鉻析出(鉻含量減少,又稱敏化)而有生鏽的問題。所以需要現場銲接較厚的不鏽鋼鈑時,採用低碳者較佳。

參考資料

1. CNS 8497-2016「熱軋不鏽鋼鋼板、鋼片及鋼帶」 。

表1 不鏽鋼分類表

分類

編號

主要合金成分

代表編號

特性及用途

沃斯田體

200系列

鉻—鎳—錳

201,202

比較便宜、強度較300系列高

300系列

鉻—鎳

304,316

用途最廣,市佔佔70%以上

肥粒體

400系列

409,429,430

耐高溫

汽車排氣管、廚房用具

麻田散體

400系列

403,410,420

高硬度、耐磨

餐具、手術刀

析出硬化

600系列

鉻—鎳

630,631

降伏強度及硬度最高

雙相系(沃+肥)

 

鉻—鎳

329   J1、2101、2205

Fy達兩倍

壓力容器、水塔、海中結構

表2 不鏽鋼成分表(部分)  單位:%

種類符號

C

Si

Mn

P

S

鎳 Ni

Cr


  Mo

Cu

N

201

0.15

以下

1.0

以下

5.5~7.5

0.06

以下

0.03

以下

3.5~5.5

16~18

   

0.25以下

304

0.08

以下

1.0

以下

2.0

以下

0.045

以下

0.03

以下

8~10.5

18~20

     

304L1

0.03

以下

0.75

以下

2.0

以下

0.045

以下

0.03

以下

8~12

17.5~19.5

   

0.1以下

304N1

0.08

以下

1.0

以下

2.5

以下

0.045

以下

0.03

以下

7~10.5

18~20

   

0.1~0.25

304LN

0.03

以下

1.0

以下

2.0

以下

0.045

以下

0.03

以下

8.5~11.5

17~19

   

0.12~0.22

304Cu

0.08

以下

1.0

以下

2.0

以下

0.045

以下

0.03

以下

8.0~10.5

18~20

 

0.7~1.3

 

316

0.08

以下

1.0

以下

2.0

以下

0.045

以下

0.03

以下

10~14

16~18

2~3

   

316L1

0.03

以下

0.75

以下

2.0

以下

0.045

以下

0.03

以下

10~14

16~18

2~3

 

0.1以下


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