不锈钢常用的合金元素

2018-08-26 18:11:00
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 不锈钢的性能和组织主要是由各种元素决定的。目前,已知的化学元素有100多种,对不锈钢的 性能与组织影响最大的元素有:碳、铬、镍、锰、氮、钛、铌、钼、铜、铝、硅、钒、钨、硼等l0 多种。由于这些元素的加入,导致钢的内部组织发生变化,从而使钢具有特殊的性能。为了加深对 不锈钢的理解,我们有必要先了解一下各种元素对不锈钢的性能和组织的影响。 

      1.硼 
      高铬铁素体不锈钢(Crl7Mo2Ti)中加0.005%的硼,可使钢在沸腾的65%醋酸中的耐腐蚀性能 提高;奥氏体不锈钢中加入微量(0.006抵一0.007%。)的硼,可使钢的热态塑性改善;硼对提高钢 的热强性有良好的作用,可使不锈钢的热强性显著提高;含硼的馅镍奥氏体不锈钢在原子能工业中 有着特殊的用途。但不锈钢中含硼会使钢的塑性和冲击韧性降低。 除以上元素外,有些不锈钢中还分别加入稀有金属元素和稀土元素以改善钢的性能。在工业 上实际应用的不锈钢,很多钢中同时存在着几种至十几种合金元素,当几种元素共存于不锈钢这一 统一体中时,决定不锈钢组织的是各种元素影响的总和。 各种元素对不锈钢组织的影响,根据其共同性,概括起来,基本上分属于两大类:一类是形成 或稳定奥氏体的元素,它们是碳、镍、锰、氮、铜,以碳和氮的作用程度最大;另一类是形成铁素 体的元素,它们是铬、钨、钼、铌、硅、钛、钒、铝等,这一类元素形成铁索体的作用,如以铬为 基准来加以比较,其他元素的作用都比铬大。 这两类元素共存于不锈钢中时,不锈钢的组织就取决于它们互相影响的结果。如果稳定奥氏 体的元素的作用居于主要方面的话,不锈钢的组织就以奥氏体为主,很少以至没有铁素体;如果它 们的作用程度还不能使钢的奥氏体保持至室温的话,这种不稳定的奥氏体在冷却时即发生马氏体转 变,钢的组织则为马氏体;如果形成铁素体的元素的作用成为主要方面的话,钢的组织则以铁素体 为主。 不锈钢的性能除工艺因素外,主要取决于其内部组织的构成,而构成不锈钢组织的是各种合 金元素在钢中的总和。因此,不锈钢的性能归根到底主要是由合金元素决定的。 
      2.铬 
      镑是决定不锈钢耐腐蚀性能的最基本元素。在氧化性介质中,铬能使钢的表面很快形成一层 实际为腐蚀介质不能透过和不溶解的富铬的氧化膜,这层氧化膜很致密,并与金属基本结合得很牢 固,保护钢免受外界介质进一步氧化浸蚀;铬还能有效地提高钢的电极电位。当含铬量不低于12. 5%原子时,可使钢的电极电位发生突变,由负电位升到正的电极电位,因而可显告提高钢的耐蚀性 。铬的含量越高,钢的耐蚀性能越好。当含铬量达到25%、37.5%原子时,会发生第二次、第三 次的突变,使钢具有更高的耐腐蚀性能。 
      3.镍 
      镍对不锈钢耐腐蚀的影响,只有它与铬配合时才能充分显示出来。因为低碳镍钢要获得纯奥 氏体组织,含镍量需达24%,要使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变,含镍量需在27%以上, 所以镍不能单独构成不锈钢。而在含铬18%的钢中加入9%的镍,就能使钢在常温下获得单一奥氏 体组织,并可以提高钢对非氧化性介质(如稀硫酸、盐酸、磷酸等)的耐蚀性,并能改善钢的焊接和 冷弯等的工艺性能。 
      4.锰和氮——可代替铬镍不锈钢中的镍 
      锰和氮在不锈钢中有与镍相仿的作用。锰的稳定奥氏体作用为镍的1/2,而氮的作用比镍大很 多,约为镍的40倍左右。因而锰和氮可代替镍获得单一的奥氏体组织。但锰的加入会使合格低的不 锈钢耐蚀性降低,同时,高锰奥氏体钢不易加工。因此,在不锈钢中不单独使用锰,只用部分代替 镍。 
      5.碳 
      碳在不锈钢中的含量及其分布的形式,在很大程度上左右着不锈钢的性能和组织:一方面碳 是稳定奥氏体元素,作用的程度很大,约为镍的30倍,含碳量高的(马氏体)不锈钢,完全可以接受 淬火强化,从而在机械性能方面,可大大提高它的强度;另一方面由于碳和铬的亲和力很大,在不 锈钢中要占用17倍碳量的铬与它结合成碳化铬,随着钢中含碳量的增加,则与碳形成碳化物的铬越 多,从而显著降低钢的耐蚀性。因此,从强度与耐腐蚀件能两方面来看,碳在不锈钢中的作用是互 相矛盾的。在实际应用中,为了达到耐腐蚀的目的,不锈钢的含碳量一般较低,大多在0.1%左右 ,为了进一步提高钢的而腐蚀能力,特别是抗晶间腐蚀的能力,常采用超低碳的不锈钢,含碳量在 0.003%其至更低;但用于制造滚动轴承、弹簧、工具等不锈钢,由于要求有高的硬度和耐磨性, 因而含碳量较高,一般均在0.85%一1.00%之间,如9Crl8钢等。 
      6.钛和铌 
      不锈钢加热到450一800℃时,常常由于在晶间析出铬的碳化物而使晶界附近的含铬量下降形 成贫铬区,导致晶界附近的电极电位下降,从而引起电化学腐蚀,这种腐蚀叫做晶间腐蚀。常见的 如在焊缝附近的热影响区内发生的晶间腐蚀。而钛
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