不锈钢与碳钢物理性能对比：电阻率、线胀系数及热导率差异详解

物理性能

不锈钢和碳钢的物理性能存在较大差异。碳钢的密度比铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢略高，却比奥氏体型不锈钢略低；电阻率的顺序是碳钢、铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢和奥氏体型不锈钢依次递增；线胀系数大小的排序也与之类似，奥氏体型不锈钢的线胀系数最高，而碳钢的线胀系数最小；碳钢、铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢具有磁性，奥氏体型不锈钢没有磁性，不过在其冷加工硬化生成马氏体相变时会产生磁性，这种磁性可以通过热处理方法来消除，即消除其中的马氏体组织从而消除磁性。

奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点：

1）电阻率高，约为碳钢的5倍。

线胀系数较大，比碳钢的线胀系数大 40%。并且随着温度的升高，线胀系数的数值会相应地提高。

3）热导率低，约为碳钢的1/3。

奥氏体型不锈钢具有这些特殊的物理性能，所以在焊接过程中会引发较大的焊接变形。尤其是在异种金属（即与碳钢、低合金钢）进行焊接时，因为这两种材料的热导率和线胀系数存在很大差异，所以会产生很大的焊接残余应力，而这成为焊接接头产生裂纹的主要原因之一。

力学性能

奥氏体型不锈钢板的综合性能在不锈钢板和耐热钢板中是最好的。它既有足够的强度，又有极好的塑性，并且硬度也不高。这是它们被广泛利用的原因之一。奥氏体型不锈钢板和绝大多数其他金属材料相似，其抗拉强度、屈服强度和硬度会随着温度的降低而提高，而塑性会随着温度降低而减少。它的抗拉强度在 15 到 80℃这个范围内增长得比较快。当温度继续降低时，抗拉强度的变化就变得缓慢了。而屈服强度的增长是比较均匀的。更为重要的是，随着温度的降低，它的冲击韧度降低得比较缓慢，并且不存在脆性转变这种情况。18 - 8 型不锈钢低温时能保持足够的塑性和韧性。温度在 -196℃时，冲击吸收功可达 392J。在液氦温度（-270℃）下仍能保持有足够的冲击韧度值。在液氢温度（-273℃）下具有阻止应力集中部位发生脆性破裂的能力。所以这类钢板被广泛应用于制造深冷设备，是一种不可缺少的低温工程材料。但是，为防止 18 - 8 型不锈钢产生热裂纹，通常需在焊缝金属中添加一些铁素体形成元素。铁素体的形成会致使其低温冲击韧度降低。所以，在焊接这种低温材料时，必须引起足够的重视。18 - 8 型不锈钢板不但在低温时具备良好的力学性能，而且在高温时还具有较高的热强性。这种钢板在温度为 900℃的氧化性介质中能保持化学稳定性，在温度为 700℃的还原性介质中也能保持化学稳定性，所以它是常用的耐热材料。

耐热性能

耐热性指的是在高温环境下，具备抗氧化或者耐气体介质腐蚀的性能，也就是热稳定性；同时还具备足够的强度，即高温力学性能（热强性）。

1.热稳定性

为了让不锈钢在高温时具备稳定的耐氧化以及耐气体介质腐蚀的性能，就必须保证钢材表面不会形成疏松或者容易破裂的氧化膜，像 FeO、Fe3O4、Fe2O3 这类。为了避免氧化膜的出现，最好在钢里面加入 Cr、Al 和 Si 等合金元素，这样能让钢材表面形成结构紧密且与钢材表面牢固结合的氧化膜，例如 Cr2O3、Al2O3 等合金氧化膜。这种合金氧化膜能起到良好的保护作用，这样就能延长钢材的使用寿命，或者能提高钢材的使用温度。如果铬的质量分数达到或超过 12%，并且再加入铝和硅等合金元素，就可以发挥出更大的抗氧化性能。在不锈钢中，当氧化膜主要以 Cr2O3 的形式呈现时，它抗环境温度剧变的能力是最为优越的。

2.高温强度

蠕变的速率会随着温度的升高以及应力的增大而加快。蠕变强度指的是在某一特定温度下，材料达到某一临界蠕变速率（或者在某限定时间内达到临界应变量）时的临界应力。这种材料在长期高温工作状态下，可能会出现脆化现象以及高温疲劳的特性。耐热钢产品的高温强度若不满足图样设计要求，工作时就会发生重大事故；耐热钢产品长期处于工作状态，使用过程中疲劳是不可避免的问题，疲劳会导致疲劳裂纹；疲劳裂纹通常由表面层或表面下的某些缺陷萌生，在交变应力作用下，裂纹会逐渐扩大，直到剩余断面承受不住最后一周交变应力的作用而突然断裂。在较低温度的情况下，疲劳裂纹呈现穿晶的形态。在高温的情况下，疲劳裂纹是沿着晶间发展，进而导致断裂。

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