0Cr18Ni9(AISI304)和00Cr19Ni10(AISI304L)

出处：按学科分类—工业技术 中国科学技术出版社《不锈钢实用手册》第444页（10810字）

(1)钢号简介

0Cr18Ni9钢是奥氏体不锈钢，是在最初发明的18－8型奥氏体不锈钢的基础上发展演变的钢种，该钢是不锈钢的主体钢种，其产量约占不锈钢总产量的30%以上。由于此钢具有奥氏体结构，它不可能通过热处理手段予以强化，只能采用冷变形方式达到提高强度的目的。钢的奥氏体结构赋予了它的良好冷、热加工性能、无磁性和好的低温性能。0Cr18Ni9钢薄截面尺寸的焊接件具有足够的耐晶间腐蚀能力，在氧化性酸(HNO₃)中具有优良的耐蚀性，在碱溶液和大部分有机酸和无机酸中以及大气、水、蒸汽中耐蚀性亦佳。

0Cr18Ni9钢的良好性能，使其成为应用量最大、使用范围最广的不锈钢牌号，此钢适于制造深冲成型的部件以及输送腐蚀介质管道、容器，结构件等，0Cr18Ni9亦可用于制造无磁、低温设备和部件。

00Cr19Ni10是在0Cr18Ni9基础上，通过降低碳和稍许提高含镍量的超低碳型奥氏体不锈钢。此钢是为了解决因Cr₂₃C₆析出致使0Cr18Ni9钢在一些条件下存在严重的晶间腐蚀倾向而发展的。在开发初期，因冶金生产降碳较难，一度曾防碍了它的广泛应用，在20世纪70年代新的二次精炼方法AOD和VOD工艺成功用于生产后，此钢才真正得到广泛应用。与0Cr18Ni9比较，此钢强度稍低，但其敏化态耐晶间腐蚀能力显着优于0Cr18Ni9。除强度外，此钢的其他性能同于0Cr18Ni9Ti。它主要用于需焊接且焊后又不能进行固溶处理的耐蚀设备和部件。

上述两个钢种，在易产生应力腐蚀环境和产生点蚀和缝隙腐蚀的条件下，在选用时应慎重。

(2)化学成分

0Cr18Ni9和00Cr19Ni10的化学成分见表1－38和表1－39。

表1－38 0Cr18Ni9钢的化学成分^①

注：①此钢用于堆芯强辐照条件，钢中的钴含量≤0．20%，力争≤0．1%。

表1－39 00Cr19Ni10钢的化学成分

(3)室温力学性能

0Cr18Ni9和00Cr19Ni10钢的室温瞬时力学性能标准指标见表1－40和表1－41，实测数据见表1－42。高温时效对退火态0Cr18Ni9和00Cr19Ni10钢室温拉伸性能影响数据见表1－43。

表1－40 不同标准规定0Cr18Ni9的室温和350℃室温力学性能

注：①截面尺寸≥127mm；②尺寸厚度＞150mm，其值≥485MPa；③厚度≤3mm板，其值为≥40%。

表1－41 不同标准规定00Cr19Ni10钢的室温和350℃的力学性能指标

注：①厚度≤3mm，δ≥40%。

表1－42 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10的室温力学性能

表1－43 时效对0Cr18Ni9和00Cr19Ni10室温拉伸性能的影响

(4)冷作硬化

冷加工使0Cr18Ni9和00Cr19Ni10的强度明显提高，但其提高的幅度不如1Cr17Ni7。一些冷作硬化特性见图1－40和图1－41。

图1－40 冷加工对0Cr18Ni9室温力学性能的影响

图1－41 冷加工对00Cr19Ni10钢室温力学性能的影响

(5)低温力学性能

退火态0Cr18Ni9和00Cr19Ni10钢的低温力学性能见表1－44图1－42至图1－43。

表1－44 0Cr18Ni9钢低温力学性能

图1－42 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10的低温拉伸性能

图1－43 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10的低温冲击性能

(6)高温力学性能

a．高温瞬时力学性能 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10的高温瞬时力学性能见表1－45。

表1－45 0Cr18Ni9、00Cr19Ni10高温瞬时力学性能

b．高温长时力学性能 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10钢持久和蠕变性能见图1－44至图1－46和表1－46。

图1－44 0Cr18Ni9钢持久和蠕变强度

图1－45 00Cr19Ni10钢蠕变强度

图1－46 00Cr19Ni10棒材(1065℃×30minWQ)的持久强度

表1－46 0Cr18Ni9和在595℃的持久和蠕变性能

注：试样经1093℃×30′固溶，每个数据为三个试样的平均值。

(7)疲劳性能和断裂韧性

0Cr18Ni9的疲劳强度见图1－47和图1－48。

图1－47 0Cr18Ni9的低周疲劳——10次／min；……10^－3次／min

图1－48 冷加工的0Cr18Ni9往复梁式疲劳强度

00Cr19Ni10钢的轴向疲劳性能见图1－49。两个钢种的疲劳裂纹扩展速率见图1－50至图1－52。

图1－49 19mm00Cr19Ni10圆棒的轴向疲劳

图1－50 0Cr18Ni9钢(退火态)在空气中0．066Hz，载荷比0～0．05的疲劳裂纹扩展速率

图1－51 00Cr19Ni10(304L)在93℃模拟井水中频率和裂纹扩展速率之间的关系

图1－52 冷加工对0Cr18Ni9疲劳裂纹扩展速率的影响

(空气中，0．17Hz，载荷比0．05)

1080～1130℃水冷固溶处理的0Cr18Ni9钢的断裂力学性能数据列于表1－47。试样尺寸为20mm×24mm×96mm。

表1－47 0Cr18Ni9钢J_i值(三点弯曲试样)

时效对0Cr18Ni9钢板断裂韧性的影响见图1－53。

图1－53 时效对0Cr18Ni9板、管断裂韧性的影响(括号中数字为dj／daMPa)

(8)耐蚀性

a．均匀腐蚀 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10钢在酸盐等介质中的耐蚀性见表1－48、表1－49和图1－54及图1－55。

表1－48 0Cr18Ni9钢的耐腐蚀性能

表1－49 00Cr18Ni10钢的耐腐蚀性能

图1－54 0Cr18Ni9在纯酸中的等腐蚀图

图1－55 00Cr19Ni10在硝酸中的等腐蚀曲线

在反应堆环境中的均匀腐蚀情况列于表1－50至表1－56和图1－56、图1－57。

表1－50 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10在反应堆去污溶液中的腐蚀

注：①在103℃的10NaOH+3KMnO₄(重量%)中2h时，再加上98℃的10%(重量)柠檬酸三铵中2h。

②在105℃的18NaOH+3KMnO₄(重量%)中30min，再加上100℃的10%(重量)柠檬酸三铵中15min。

③在85℃的0．32MCrSO₄+0．65MH₂SO₄中循环4．4h。

④在105℃的18NaOH+3KMnO₄中2h，再加上在85℃的12盎司／加仑柠檬酸铵+0．7盎司／加仑1－苯－2－硫脲中循环2h。

⑤在60～70℃的1%(重量)二氟化铵+邻苯二酸甲中3～5h。

表1－51 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10在压水堆冷却剂中的腐蚀

注：①脱膜样品。

表1－52 0Cr18Ni9钢在反应堆环境中金属向水中的转移速率

注：①脱膜样品。

表1－53 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10在反应堆冷却剂中的堆内腐蚀率

注：①脱膜样品。②从所生成的积垢(FeO₃)估计的。

表1－54 0Cr18Ni9在高温钠^①中的腐蚀

注：①含氧量最大值为100ppm。②样品未脱膜。

表1－55 0Cr18Ni9钢在氦中的腐蚀

表1－56 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10在有机物冷却剂和有机物慢化反应堆中的腐蚀

注：①试样未脱膜。②OMER为有机慢化实验堆内取样管，中子通量5×10¹⁹nvt(＞1兆电子伏)。

图1－56 0Cr18Ni9型不锈钢在高压釜中的腐蚀

(左图为在300℃水中，右图为在400℃，200kg／cm²的蒸汽中)

图1－57 在4～8ppm氧的高流速(6．7m／s)的钠中，材料失重和温度倒数的关系

b．点腐蚀 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10的点蚀行为见图1－58和图1－59。

图1－58 0Cr18Ni9点蚀电位、氯化物浓度、介质温度之间的关系

图1－59 氯离子对00Cr19Ni10在0．5NNaCl中点蚀电位和腐蚀电位的影响

c．应力腐蚀 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10钢在高浓氯化物中耐应力腐蚀破裂性能不佳。在热水和高温水中具有工程意义的耐应力腐蚀破裂性能，但其性能受钢的组织状态、合金成分、介质条件的变化以及应力状态所制约，在水环境中的应力腐蚀行为见图1－60至图1－75。

图1－60 0Cr18Ni9钢在含36ppmO₂的高温水中沿晶应力腐蚀破裂的TTS曲线

图1－61 水中Cl^－浓度对0Cr18Ni9不锈钢应力腐蚀破裂的影响(100℃水溶液)

图1－62 水中氧含量和氯化物浓度对0Cr18Ni9钢应力腐蚀破裂时间的影响

(温度260℃，应力14．8kg／mm²)

图1－63 在高温水中，0Cr18Ni9钢产生应力腐蚀破裂所需的Cl^－浓度和溶解氧量界限

(1)260℃，经磷酸盐处理过的水，试验360h；

(2)300℃纯水，试验100h；(3)260℃纯水，试验100h；(4)350℃纯水，试验900h

图1－64 水温对0Cr18Ni9不锈钢应力腐蚀破裂的影响

图1－65 在含Cl－500ppm的水中，温度和氧浓度对固溶处理的0Cr18Ni9钢应力腐蚀破裂的影响(应力20kg／mm²)

●破裂；×点蚀；〇正常

图1－66 在氧为100ppm的289℃纯水中，应力对敏化处理的0Cr18Ni9(AISI304)钢应力腐蚀破裂产生时间的影响

图1－67 0Cr18Ni9在260～300℃水中产生SCC的溶解氧和氯化物的浓度范围(应力超过屈服强度试验时间大于1000h或应变速度大于10^－5／s)

图1－68 在300℃水中，Cl^－和氧浓度以及敏化处理对0Cr18Ni9钢应力腐蚀破裂敏感性的影响(曲线右侧为应力腐蚀破裂区)

图1－69 在288℃含氧高纯水中，敏化处理对0Cr18Ni9钢晶间应力腐蚀破裂的影响(应力：340MPa)

图1－70 溶液温度与Cl^－浓度对0Cr18Ni9不锈钢应力腐蚀破裂敏感性的影响

图1－71 应力对敏化处理的0Cr18Ni9和00Cr19Ni10钢应力腐蚀破裂时间的影响

(含氧100ppm的288℃水)

〇0Cr18Ni10(304)；●00Cr18Ni10(304L)

图1－72 C和不纯物对Cr18Ni9钢在高温水中沿晶应力腐蚀破裂的影响

(300℃高温水(含O₂36ppm)，敏化处理：1100℃×30min水淬+600℃×24h，应变速率4．17×10^－6／s)

图1－73 应力强度因子对00Cr19Ni10在MgCl₂和NaCl中SCC裂纹增长速度的影响

图1－74 0Cr18Ni9在144℃H₂%MgCl中应用应力、电位和破裂时间的关系曲线

图1－75 冷加工变形对工业生产的几种Cr－Ni不锈钢应力腐蚀破裂的影响

(在0．5NNaCl+0．1NNaNO₃沸腾水溶液中，应力为屈服强度的60%～110%)

●Cr25Ni20(310)；△0Cr18Ni9(304)；■0Cr18Ni10Ti(321)

d．腐蚀疲劳 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10的腐蚀疲劳行为见图1－76和图1－77。

图1－76 介质条件和周期应力强度范围对0Cr18Ni9疲劳裂纹扩展速率的影响

图1－77 敏化对Cr18Ni9腐蚀疲劳行为的影响

(6)抗辐照性能

0Cr18Ni9钢的辐照稳定性与钢的热处理条件及幅照剂量有关，相关数据见表1－57、表1－58和图1－78至图1－82。辐照达到一定剂量后，加速了IGSCC。

表1－57 热处理及辐照对0Cr18Ni9韧性的影响

注：试验条件为形变温度842℃，形变速度20%／min。

表1－58 辐照对固溶态0Cr18Ni9和00Cr19Ni10拉伸性能的影响

a：辐照前；b．辐照后；c：变化率，%。

图1－78 304不锈钢由于快中子辐照造成的空隙率(辐照温度370～380℃及460～470℃)

图1－79 304不锈钢辐照后的蠕变断裂寿命(600℃，189．7MPa，在同一温度、应力下未辐照材料的寿命为185h)

图1－80 在注量为5×10²²n·cm^－2时辐照温度对304不锈钢肿胀的影响

〇透射电镜；◇渗入密度

图1－81 辐照对0Cr18Ni9板及焊接件动态撕裂能的影响

图1－82 Ti对0Cr18Ni8奥氏体不锈钢辐照后韧性的影响

(辐照：热中子流量为1×10²⁰n／cm²，快中子流量为1．5×10¹⁹n／cm²。应变速度20%／min)

近年对敏化态0Cr18Ni9(304)钢在中子辐照条件下的研究表明，辐照后的性能变化与辐照剂量和试验环境条件相关。随着辐照剂量的增加，钢的强度上升，塑韧性下降，产生明显变化的中子通量为10²³n／cm，大于此剂量、性能变化幅度显着加大，在10²⁵n／cm²，其断裂强度与屈服强度处于同一水平。一些典型数据见图1－83至图1－86和表1－59、表1－60。

图1－83 0Cr18Ni9钢辐照与IGSCC的关系

(a)在高电导的BWR水中用叶鞘控制缝隙；(b)辐照后的0Cr18Ni9在288℃水中的SSRT，3．7×10^－7／s；IASCC：与辐照相关的SCC

图1－84 辐照对热敏化0Cr18Ni9(304)钢强度和延伸率的影响(在Ar中)UE：均匀延伸率，TE：总延伸率

图1－85 热敏化0Cr18Ni9(304)至破坏时的应变与中子通量的关系(0．2ppmO₂，290℃水中)

图1－86 热敏化0Cr18Ni9的IG%与辐照中子通量的关系(0．2ppmO₂，290℃水中)

表1－59 热敏化0Cr18Ni9(304)在SSR试验结果(在Ar中)

注：YS：屈服强度，UTS：断裂强度，UF：均匀延伸率，TE：总延伸率；RA：断面收缩率，TG：沿晶断裂，TG：穿晶断裂，D：韧性断裂。

表1－60 热敏化0Cr18Ni9(304)在SSRT／SCC试验结果(290℃，0．2ppmO₂水中)

注：MS为最大应力。

一些试验参数如下：

a：试验材料的化学成分，wt：

b．热处理制度：1100℃×60minWQ+750℃×100min敏化+500×1440分(24h)时效后空冷。

c．SSR和SSR／SCC试验，平均应变速度为4．2×10^－7／s。

(7)工艺性能

0Cr18Ni9和00Cr19Ni10奥氏体不锈钢均具有良好的冷、热加工性能，可采用通用的各种热、冷加工工艺生产锻材、棒材、线材、板材、带材丝材等冶金产品，热加工温度范围为900～1180℃。冷加工较易，无特殊困难，由于两种钢易于冷加硬化，当冷变形量过大时，须进行中间退火处理，以利于进一步加工。

a．热处理工艺 0Cr18Ni9的固溶处理温度为1080～1100℃，00Cr19Ni10则为1050～1100℃。冷却方式为水冷或空冷。冷加工中间退火温度多在850～970℃，保温一定时间后水冷。经固溶处理后钢的组织为奥氏体组织，有时也存在少量铁素体。

b．焊接 0Cr18Ni9和00Cr19Ni10可采用通用的方法进行焊接。手工电弧焊时，含碳0．04%～0．06%的薄截面尺寸的0Cr18Ni9可采用奥002焊条，焊后可不产生晶间腐蚀倾向，对于厚截面尺寸欲保持焊后的耐晶间腐蚀性能，需进行焊后热处理，若不能进行热处理，应改用00Cr19Ni10或稳定化型的奥氏体不锈钢。00Cr19Ni10的焊条为奥002焊条。

c．冷成形性能 0Cr18Ni9薄板在应用过程中，常常用于冷成形操作。其冷成形性能是衡量能否顺利成型和成品率高低的重要技术指标。影响0Cr18Ni9钢的冷成形性能的因素较多，也很复杂，就其金属学因素主要是钢的成分，即铬当量和镍当量的比，其常规拉伸性能中的延伸率是一重要的表征指标。0Cr18Ni9薄板的一些冷成形性能指标示于图1－87至图1－90和表1－61至表1－62。成形性能的数据分散带与钢的成分控制波动范围有关。为获得良好的冷成形性能，应控制钢中的铬当量和镍当量的比值处于一个恰当的范围。

图1－87 Cr当量／Ni当量对0Cr18Ni9延伸率的影响

图1－88 液压胀形极限高度与其延伸率的关系

图1－89 0Cr18Ni9薄板液压胀形试验结果

图1－90 0Cr18Ni9板成形极限图FLD

表1－61 0Cr18Ni9薄板的CCV值

表1－62 试验材料的化学成分

(8)物理性能

0Cr18Ni9和00Cr19Ni10的物理性能列于表1－63。弹性模量和导磁率随温度和冷加工程度的变化数据见表1－64和表1－66。

表1－63 不同炉号0Cr18Ni9薄板的LDR值

表1－64 00Cr19Ni10，0Cr18Ni9钢的物理性能

表1－66 冷加工0Cr18Ni9的导磁率的影响

0Cr18Ni9热导率数据由曲线图换算得出。

表1－65 0Cr18Ni9的弹性模量与温度的关系

(9)应用

0Cr18Ni9和00Cr19Ni10广泛应用于化工、石化、核工业、轻工、纺织等工业中。在核工业的反应堆工程中，0Cr18Ni9是早期沸水核反应堆的主要结构材料，主要用于岐管、旁通管道及支撑件，由于曾出现IGSCC(晶向应力离蚀)，近年来已由核级00Cr18Ni10所取代。在压水核反应堆中0Cr18Ni9和00Cr19Ni10主要用于1．2．3级设备用不锈钢锻件和冲压件，热交换器无缝管，辅助管道，冷却剂系统管路等。对于截面尺寸大，且要求焊接的部件，应选用0000Cr19Ni10。对于制造堆内构件的产品，应对钢中的钴、硼作出明确规定。