1.2.3　按组织分类

根据不锈钢的显微组织，分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢及沉淀硬化不锈钢五大类，是目前广泛采用的一种分类方法。（下面内容会根据不锈钢显微组织分类进行详细的介绍）常用不锈钢的成分和性能见GB/T 4237—2007《不锈钢热轧钢板和钢带》。

（1）马氏体不锈钢　马氏体不锈钢中含铬11.5％～18％，含碳0.08％～1.2％，其他合金元素小于2％～3％，常用的钢号有08Cr13、15Cr13、21Cr13、14Cr17Ni2等。它们在高温下呈奥氏体存在，经过适当冷却至室温后转变为马氏体组织，但钢中常含有一定量的残余奥氏体、铁素体或珠光体。马氏体不锈钢的特点是具有较高的硬度、强度、耐磨性，良好的抗疲劳性能以及一定的耐蚀性能。20世纪50年代，为改善马氏体不锈钢的焊接性能，将钢的含碳量降至0.07％以下，为获得马氏体相变的可能性再加入一定量的镍，从而形成了一个新的系列。随着精炼技术的发展并引入不锈钢生产，可将钢中碳的含量降至0.03％以下，并根据需要，优化钢的成分，形成了一系列的超级马氏体不锈钢，如00Cr13Ni2Mo、00Cr13Ni5Mo等，其焊接性能得到了极大改善。

（2）铁素体不锈钢　这类钢一般不含镍，含铬量为12％～30％，有的还含少量的钼、钛或铌等元素，具有良好的抗氧化性、耐蚀性和耐氯化物腐蚀断裂性能。目前对于铁素体不锈钢有两种分类方法。一种是根据钢的纯净度，特别是碳、氮杂质含量又分为普通型和高纯型。普通铁素体不锈钢具有低温和室温脆性，缺口敏感性和晶间腐蚀倾向较高，焊接性较差等缺点，而高纯型铁素体不锈钢中碳、氮含量极低（0.015％～0.025％），不但使用性能好，焊接性能也好，如03Cr17Mo、01Cr27Mo等。另一种是根据铬的含量可分为低铬、中铬和高铬三类。其中，低铬铁素体不锈钢的含铬量为11％～14％，如03Cr12、08Cr13Al等，具有良好的韧性、塑性、冷变形性和焊接性能。中铬铁素体不锈钢的含铬量为14％～18％，如12Cr17、12Cr17Mo等，具有较好的耐蚀性和耐锈性。高铬铁素体不锈钢的含铬量为18％～30％，如Cr18Si、Cr25等，具有良好的抗氧化性，可在980℃高温下连续使用。在冶炼过程中严格控制C、N等元素总量，得到高纯或超纯铁素体不锈钢，它们含有极低的碳和氮（“高纯”标号000，C+N≤0.030％，“超纯”标号0000，C+N≤0.015％，C可达到≤0.005％），含铬量高，又含有钼、钛、铌等元素，这类钢具有良好的力学性能（特别是韧性）、焊接性能、耐晶间腐蚀性能、可耐点蚀和缝隙腐蚀、优异的耐应力腐蚀断裂性能。今后有可能在很大范围内代替奥氏体不锈钢，但其475℃脆性问题仍需予以注意，如000Cr18Mo（Ti）、0000Cr18Mo2（Ti）、0000Cr26Mo1、0000Cr30Mo2等。

（3）奥氏体不锈钢　按照奥氏体化元素的不同，可将其分为铬镍系（3XX系）和铬锰系（2XX系）两大类。铬镍系以镍为主要奥氏体化元素，其含量至少要在8％以上，最高可达30％。为保证钢的不锈性和耐蚀性，铬含量一般不低于17％。铬锰系奥氏体以锰为主要奥氏体化元素，但锰的奥氏体化能力比镍低得多（仅为镍的一半左右），而且在含铬量超过15％的钢中，仅靠加锰，即使再高也不能使钢完全奥氏体化，因此该系中通常都含有足够量的氮，有的还得保留适当的镍，故该系实际上成为铬锰氮系或铬锰镍氮系的奥氏体不锈钢。

①铬镍奥氏体不锈钢　它是奥氏体不锈钢的主体，其基础牌号是18-8型不锈钢，钢中铬镍含量分别为19％和10％，在氧化性介质中耐蚀性优良。为了提高在各种不同使用条件下及较强腐蚀环境中的耐蚀性能，钢的合金成分在两个方面作了发展和改进：一是提高铬、镍含量，铬可提高到25％以上，镍可达30％左右；二是向钢中添加Mo、Cu、Si、N、Ti和Nb等合金元素。含碳量都较低，常用牌号多低于0.08％，并且有越来越多的牌号已达到超低碳（≤0.03％）甚至更低的水平（≤0.02％）。其中最常用的钢种及其代表性牌号有以下几种。a基础钢种：03Cr18Ni9、03Cr19Ni10。b用钛、铌稳定化的钢：07Cr18Ni9Ti、08Cr18Ni11Nb。c提高铬、镍含量的钢：08Cr23Ni13、08Cr25Ni20、08Cr18Ni35Si。d用钼、铜合金化的钢：08Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni10Cu3、03Cr18Ni14Mo2Cu2、00Cr20Ni29Mo2Cu3Nb。e高硅或含氮的钢：08Cr18Ni13Si4、08Cr19Ni9N、03Cr17Ni13Mo2N等。

②铬锰奥氏体不锈钢　锰是维持奥氏体基体的合金元素，其含量为5％～18％；铬的含量多在17％以上，最高可达22％，以保证其不锈性和耐蚀性。氮的奥氏体化能力是镍的30倍，其含量一般在0.2％以上，有时可达0.5％～0.6％。简单的铬锰氮钢只耐氧化性介质的腐蚀，向钢中加入钼、铜等元素可提高钢在多种非氧化性腐蚀环境中的耐蚀性；有时也加入少量铌或钒（<1％），以改善耐晶间腐蚀性能。已经应用的牌号有以下几种。a铬锰氮钢：0Cr18Mn15N。b铬锰镍氮钢：0Cr18Ni3Mn13N、0Cr21Ni6Mn9N。c含钼或铜的铬锰系钢：0Cr18Mn13Mo2N、0Cr18Ni5Mn10Mo3N、0Cr17Ni5Mn6Cu、0Cr17Ni6Mn6MoCu2等。

近来又开发了一类高钼（约6％）、含氮（约0.20％～0.40％）铬镍奥氏体不锈钢，这类通常称为超级奥氏体不锈钢。除了在还原性介质中具有优异的耐蚀性外，并有好的抗应力腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀的能力，其代表性的钢号有：含碳量<0.020％的00Cr20Ni18Mo6N、00Cr24Ni22Mo6N以及Avesta 254SMO（6％Mo）、654SMO（7％Mo）等钢。

（4）双相不锈钢　钢中铁素体相和奥氏体相约各占一半的不锈钢，且较少相的含量应在30％以上。双相不锈钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点，既有较高的强度和耐氯化物应力腐蚀性能，又有优良的韧性和焊接性能。它已经用于化工、石油、造纸及能源等工业领域，尤其在含氯的介质中应用更为广泛。按钢中主体元素分类，双相不锈钢可分为Cr-Ni系和Cr-Mn-N系两个类型，但得到广泛应用的是Cr-Ni系双相不锈钢。为了得到恰当的两相比例，Cr-Ni系钢中铬的含量较高，而镍的含量较低，甚至很低。为得到更为理想的耐蚀性，还在钢中加入Mo、N、Cu、W、Nb、Ti等元素。按照含铬量的高低，通常划分为18Cr型、22Cr型和25Cr型三类，各类型中镍的含量均在5％～7％左右。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，孔蚀抗力当量值PRE（PRE=Cr％+3.3Mo％+16N％）越大，抗腐蚀性能越好。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的称为超级双相不锈钢，如25Cr型的（25Cr-7Ni-4Mo-0.3N）。

双相不锈钢已发展了三代，第一代以美国的329钢为代表，因含碳量较高（C≤0.1％），焊接时失去相的平衡及沿晶界析出碳化物而导致耐蚀性和韧性下降，焊后必须经过热处理，应用受到限制。随着二次精炼技术AOD和VOD等方法的出现与普及，容易炼出超低碳（C≤0.03％）的钢，同时发现氮作为奥氏体形成元素对双相不锈钢有重要作用，在焊接热影响区快速冷却时，氮促进了高温下形成的铁素体逆转变为足够数量的二次奥氏体，以维持必要的相平衡，提高了焊接接头的耐蚀性，从而开发了第二代新型含氮双相不锈钢。20世纪80年代后期发展的超级双相不锈钢属于第三代，它的特点是含碳量低（0.01％～0.02％），含钼量高（约4％），含氮量高（约0.3％），钢中铁素体含量为40％～45％。常用的双相不锈钢牌号有：03Cr19Ni5Mo3Si2N、03Cr26Ni5Mo2N、03Cr22Ni5Mo3N、04Cr25Ni6Mo3Cu2N等。

（5）沉淀硬化不锈钢　它是一类含有沉淀硬化元素（Cu、Al、Ti、Nb）的铁铬镍合金，并且通过热处理进行强化。此类钢具有高的强度、足够的韧性和适宜的耐蚀性，主要用于宇航工业和一些高技术产业，简称PH钢。根据钢的组织可分为如下三类：马氏体沉淀硬化不锈钢、半奥氏体沉淀硬化不锈钢和奥氏体沉淀硬化不锈钢。

以上对不同种类的不锈钢进行了介绍。总体而言，大多数不锈钢的焊接性是良好的，但需要采用相应的工艺措施，以避免产生冷、热裂纹，脆化及抗晶间腐蚀和应力腐蚀等性能的恶化。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锈钢，以及高含C量的440等不锈钢，则焊接非常困难。

另外值得注意的是，在我国对不锈钢的名称习惯用不锈钢的钢号表示，我国以该钢号中的碳（千分含量）及主要合金元素（百分含量）来表示，如15Cr13、03Cr18Ni10等。Ti、Nb、N等元素虽然含量很低，但对钢的性能有一定影响，故在钢号中也要列出，如08Cr19Ni9N、12Cr18Ni12Mo2Ti等。对于铬镍型不锈钢，除了采用标准的钢号标志符号外（如03Cr19Ni10），也可采用较简单的两组数字来表示，如18-8、24-13等，分别表示铬和镍的平均含量。例如，18-8钢，表示该不锈钢中平均含Cr量为18％，平均含Ni量为8％以上。

新的国家标准对不锈钢钢号中的碳含量表示方法作了修改。原来以00、0、1等数字作大致的区分，如“00”表示超低碳（≤0.030％），“0”表示含碳量不大于0.08％，而“1”含碳量为0.1％左右，其上限值可能是0.12％，也可能是0.15％，随钢号而定。而在新国标中，是以碳含量的上限值或中值（指有上、下限）来表示。如“03”、“08”分别表示含碳量不大于0.030％和0.08％，如“07”表示含碳量为0.04％～0.10％。这样的表示方法显得更为直观、方便。某些工业化国家（如美国、日本等），习惯以三位数字来表示不锈钢的牌号，如2XX为铬锰镍氮不锈钢系列，3XX为铬镍不锈钢系列，4XX为铬不锈钢系列，6XX为沉淀硬化型不锈钢系列。例如，钢号321相当于08Cr18Ni10Ti，410相当于15Cr13。我国的不锈钢焊接材料标准（等效采用美国AWS标准），也以三位数字来表示不锈钢焊材型号。铁素体不锈钢、马氏体不锈钢及奥氏体不锈钢系统图分别见图1-1～图1-3。显示了各类不锈钢的大致演变过程及合金元素的作用。

图1-1　铁素体不锈钢系统图

图1-2　马氏体不锈钢系统图

图1-3　奥氏体不锈钢系统图