不銹鋼中的主要合金元素及其作用

1、不銹鋼中的主要合金元素及其作用一、鉻在不銹鋼的合金元素中，鉻是最重要的元素。由于鉻形成的致密、穩(wěn)定的Cr2O3薄膜的保護(hù)，阻止了介質(zhì)對(duì)金屬基體的繼 續(xù)滲入腐蝕，所以，鋼中如果含鉻量達(dá)5%,就顯示出一定的耐腐蝕作用。但不 是所有含鉻的鋼都可以作不銹鋼使用，經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐，人們發(fā)現(xiàn)，依 據(jù)腐蝕的電化學(xué)理論，為了提高鋼的電極電位，把鉻加入到鐵基固溶體中時(shí)， 只有鉻含量達(dá)到一定濃度，腐蝕也因此而減弱，鋼的耐腐蝕性能才會(huì)明顯提高。12.5%X 鉻原子量 / 鐵原子量=12.5%X 52/55.8=11.7%這個(gè)11.7%的鉻含量就是構(gòu)成不銹鋼中含鉻量的最低界限，亦即鋼中鉻含量高于這個(gè)界限才可稱為不

2、銹鋼。當(dāng)然，隨著腐蝕介質(zhì)條件的不同，有時(shí)鋼中的鉻含量還要提高，如在氧化性較強(qiáng)的介質(zhì)中，鉻含量要高于16%的鋼才會(huì)有明顯的鈍化能力。 工業(yè)中應(yīng)用的不銹鋼的鉻含量一般在12%30%可以說，幾乎沒有一種不銹鋼不含鉻，所 以說，鉻是不銹鋼中最重要的、起決定性作用的合金元素。二、鎳鎳是優(yōu)良的耐腐蝕材料，但是，因價(jià)格昂貴以及其他一些因素的限制，在 工業(yè)上很少應(yīng)用純鎳，常常是作為一個(gè)重要的合金元素加入鐵碳合金中來發(fā)揮 作用。鎳是形成穩(wěn)定奧氏體的元素，但是，低碳的鎳鋼中要獲得純奧氏體組織， 鎳含量要達(dá)到24%以上，而含鎳量達(dá)到27%才能使鋼在某些介質(zhì)中改善腐蝕性?？墒牵?dāng)鎳與鉻共同存在于鋼中時(shí)，鎳的作用會(huì)發(fā)生

3、很大的變化。比如， 在含17%鉻的鐵素體不銹鋼中，加入 2%左右的鎳以后，變成了馬氏體不銹鋼。鐵素體不銹鋼強(qiáng)度低，抗拉強(qiáng)度不足 400N/mm2，不能通過熱處理方法強(qiáng)化，而 變成馬氏體不銹鋼后，在加熱和冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生相變，就可以用熱處理方法來調(diào) 整，如1Cr17Ni2鋼，經(jīng)9801020C加熱油淬后，再經(jīng)不同溫度的回火，其抗拉 強(qiáng)度可在6001100 N/mm2之間調(diào)整，以滿足使用要求。再比如， 當(dāng)把鎳含量繼 續(xù)提高到8%左右時(shí)，一般情況下可獲得單相奧氏體組織，即被廣泛應(yīng)用的18-8 奧氏體不銹鋼，其比相同含量的鐵素體不銹鋼的馬氏體不銹鋼有更優(yōu)良的耐腐蝕性，而且，加工性能、焊接性能、低溫下的塑性

4、和沖擊韌性更好。由此可見，鎳在不銹鋼中的應(yīng)用主要是配合鉻才能更好地發(fā)揮作用，才能 改變不銹鋼的組織，從而使不銹鋼的力學(xué)性能、加工性能和在某些腐蝕介質(zhì)中 的耐腐蝕性能得到很大的改善。三、碳碳是鋼的主要組成元素，碳在鋼中的含量及分布形式?jīng)Q定了鋼的組織性能。碳在不銹鋼中對(duì)組織、力學(xué)性能、耐腐蝕性能有很大的影響，可以說是起主導(dǎo) 作用的。碳是一種強(qiáng)烈擴(kuò)大奧氏體區(qū)域和穩(wěn)定奧氏體組織的元素，其作用程度大約 是鎳的30倍，所以，碳含量對(duì)不銹鋼組織、性能的影響是明顯的。但是，碳和鉻的親和力很大，極易與不銹鋼中的鉻結(jié)合形成碳-鉻化合物， 碳越多，被結(jié)合的鉻也越多，這必然使固溶體中的鉻減少，從而使鋼的耐腐蝕 能力受

5、影響，特別是這種鉻的碳化物沿晶粒界析出時(shí)， 會(huì)引起該處產(chǎn)生貧鉻區(qū)， 引起晶間腐蝕。從這方面看，碳對(duì)不銹鋼的耐腐蝕性能起到有害作用。隨著冶金技術(shù)的進(jìn)步，根據(jù)對(duì)不銹鋼耐腐蝕性能的要求，出現(xiàn)了越來越多的低碳、超 低碳的新的不銹鋼。由上可見，碳在不銹鋼中發(fā)揮著有益和有害的兩個(gè)方面的作用，這一點(diǎn)是 選擇和使用不銹鋼及制定正確熱處理方法時(shí)予以注意的。四、鉬和銅鉬和銅可以提高某些不銹鋼的耐腐蝕性能。鉬加入不銹鋼中，可增強(qiáng)鋼的鈍化作用，從而提高鋼的耐腐蝕性能。五、錳和氮錳和氮可以代替鉻鎳不銹鋼中鎳，錳也是擴(kuò)大奧氏體區(qū)和穩(wěn)定奧氏體組織 的元素，其作用效果相當(dāng)于鎳的1/2，即2%的氮在鋼中的作用也是穩(wěn)定奧氏體，

6、并且作用的程度比鎳還要大。錳在不銹鋼中的應(yīng)用主要是取代一部分鎳，特別 是缺鎳的國(guó)家以錳代替鎳生產(chǎn)奧氏體不銹鋼。錳對(duì)于奧氏體的作用與鎳相似。但說得確切一些，錳的作用不在于形成奧 氏體，而是在于它降低鋼的臨界淬火速度，在冷卻時(shí)增加奧氏體的穩(wěn)定性，抑 制奧氏體的分解，使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫。在提高鋼的耐腐蝕 性能方面，錳的作用不大，如鋼中的 含錳量從0到10. 4%變化，也不使鋼在 空氣與酸中的耐腐蝕性能發(fā)生明顯的改變。這是因?yàn)殄i對(duì)提高鐵基固溶體的電 極電位的作用不大，形成的氧化膜的防護(hù)作用也很低，所以工業(yè)上雖有以錳合 金化的奧氏體鋼（如40Mn18Cr4,50Mn 18Cr4WN ZG

7、Mn13鋼等），但它們不能作 為不銹鋼使用。例如，欲使含 18%鉻的鋼在常溫下獲得奧氏體組織，以錳和氮 代鎳的低鎳不銹鋼與元鎳的鉻錳氮不誘鋼，目前已在工業(yè)中獲得應(yīng)用，有的已 成功地代替了經(jīng)典的18-8鉻鎳不銹鋼。六、硫在某些不銹鋼中有意識(shí)的提高硫和硒兀素，主要是為提高不銹鋼，特別是奧氏體不銹鋼的切削性能。七、不銹鋼中加鈦或鈮是為了防止晶間腐蝕。以上主要的十種元素對(duì)不銹鋼的性能和組織的影響，除這些元素對(duì)不銹鋼 性能與組織影響較大的元素以外，不銹鋼中還含有一些其他的元素。有的是和 一般鋼一樣為常存雜質(zhì)元素，如硅、硫、磷等.也有的是為了某些特定的目的 而加入的，如鉆、硼、硒、稀土元素等。從不銹鋼的耐

8、腐蝕性能這一主要性質(zhì) 來說，這些元素相對(duì)于已討論的九種元素，都是非主要方面的，雖然如此，但 也不能完全忽略，因?yàn)樗鼈儗?duì)不銹鋼的性能與組織同樣也發(fā)生影響。八、硅硅也是鐵素體形成形成元素，在一般不銹鋼中為常存雜質(zhì)元素。能提高不銹鋼在氧化性介質(zhì)中的耐腐蝕性能。硅的加入還可改善鋼的鑄造性能。九、磷在一般不銹鋼中屬于雜質(zhì)元素，但其在奧氏體不銹鋼中的危害性不像在一般鋼中那樣顯著，故含量可允許高一些，如有的資料提出可達(dá)0. 06%，以利于冶煉控制。個(gè)別的含錳的奧氏體鋼的含磷量可達(dá) 0. 06%（如2Crl3NiMn9鋼） 以至0.08% （如Cr14Mnl4Ni鋼）。利用磷對(duì)鋼的強(qiáng)化作用，也有加磷作為時(shí)效硬 化不銹鋼的合金元素，PH17 10P鋼（含0. 25%磷）乃PH HNM鋼（含0. 30 磷）等。以上對(duì)每種合金元素在不銹鋼中的作用和影響進(jìn)行了說明。需要指出的是， 不銹