不锈钢(Stainless Steel)是不锈耐酸钢的简称,耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢。(来源:不锈钢百科词条)。自问世以来,不锈钢已有100余年历史,不锈钢的发明是世界冶金史上的重大成就,不锈钢的发展为现代工业发展和科技进步奠定了重要物质基础。在热传导、热膨胀、电阻、磁性、密度等方面,不锈钢具有区别于其他材料的一般物理性能。
1、热传导
经常说不锈钢的热传递较慢,与其它材料相比较,如下文表1所示。例如:不锈钢的热传导率和铝相比SUS430为1/8,SUS304为1/13。与碳钢相比分别为1/2和1/4,由此可见,不锈钢铁的热传导率是较低的。
由于热传导率差,在进行不锈钢退火时,就会产生许多困难。不锈钢是在铁中加入Cr和Ni的合金材料。为什么热传导会比铁差呢?简单地说,可以解释为Cr和Ni阻碍了承担热传导的金属结晶中的自由电子的活动(电子热传导),自由电子的活动当然会受温度的影响,因此与晶格热传导(原子不规格振动,弹性波浪形地,渐渐地在晶格中传导)也有关系,热传导率根据温度而变化,像不锈钢这样的高合金钢,温度越高,热传导率就越大。
2、热膨胀
我们把温度为T,长度为L的物体,当温度为T+dt,长度变为L+dL的现象叫作为热膨胀,线膨胀系数为a的表示式如下所示:
a=(1/L)(dL/dT)
另外,各向钢性固体的体膨胀系数(b)为b=3a。各种材料的线膨胀系列如表1所示,与碳钢相比SUS304的线膨胀系数大,SUS430的线膨胀系数小。另外,铝、铜的膨胀系数要比不锈钢大。
表1 各种材料在常温下的热传导和线膨胀系数
3、电阻
通过电的难易程度叫作电阻或比电阻,通常讲的电阻用下式来表示:
电阻=比电阻′(导体的长度/断面积)
表2 各种材料的电比电阻
在多种金属之中,不锈钢是比较容易通过电流的材料。与纯金属相比,合金的比电阻一般较大,不锈钢也是如此,与其构成元素的Fe、Cr、Ni相比,值明显地要大。
SUS304要比SUS430大,象SUS310S那样,合金元素越多,电阻就越大。
这样合金化使电比电阻增大的原因,是由于带电的自由电子的运行因合金元素影响发生了混乱的缘故。如前所述,自由电子同时也担任热传导。因此,许多金属如果它的热传导率“l”越高,电气电导率“s”(比电阻的倒数)也越高。两者之间有Wiedermann-Franz法则的关系,关系如下所示:
l/s=TLo(Lo:Lorenz数,T:温度)
与热传导相同,电比阻也因温度而变化,表2表示这种关系的温度系列数。
4、磁性
表3 各种材料的磁性性质
5、密度
表4 各种材料密度(常温下)
【扩展阅读】
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关键词:不锈钢性能,304不锈钢
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