各類合金元素對不銹鋼性能的影響

一往冇前

一.鎳元素對不銹鋼的影響

鎳是的主要合金元素,，其主要作用是穩(wěn)定奧氏體,，使鋼獲得完全奧氏體組織,，從而使鋼具有良好的強度和塑性,韌性的配合,，并具有優(yōu)良的冷,,，熱加工性和冷形成性以及焊接,低溫與無磁等性能,，同時提高奧氏體不銹鋼的熱力學穩(wěn)定性,，使之不僅比相同鉻,鉬含量的鐵素體,，馬氏體等類不銹鋼肯有更好的不銹性和耐氧化性介質(zhì)的性能,而且于表面膜穩(wěn)定性的提高,從而使鋼還具有更加優(yōu)異的耐一些還原性介質(zhì)的性能。

1.鎳對組織的影響

鎳是強烈穩(wěn)定奧氏體且擴大奧氏體相區(qū)的元素,，為了獲得單一的奧氏體組織,，當鋼中含有0.1%碳和18%鉻時所需的最低鎳含量約為8%，這便是最著名18-8鉻鎳奧氏體不銹鋼的基本成分,，奧氏體不銹鋼中,隨著鎳含量的增加,，殘余的鐵素體可完全消除,，并顯著降低σ相形成的傾向;同時馬氏體轉(zhuǎn)變溫度降低，甚至可不出現(xiàn)λ→M相變,但是鎳含量的增加會降低碳在奧氏體不銹鋼中的溶解度,，從而使碳化物析出傾向增強,。

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2.鎳對性能的影響

鎳對奧氏體不銹鋼特別是對鉻鎳奧氏體不銹鋼力學性能的影響主要是由鎳對奧氏體穩(wěn)定性的影響來決定,在鋼中可能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的鎳含量范圍內(nèi)，隨著鎳含量的增加,鋼的強度降低,，塑性提高,具有穩(wěn)定奧氏體組織的鉻鎳奧氏體不銹鋼韌性(包括極低溫韌性)非常優(yōu)良,因而可作為低溫鋼使用,，這是眾所周知的,對于具有穩(wěn)定奧氏體組織的鉻錳奧氏體不銹鋼,鎳的加入可進一步改善其韌性。鎳還可顯著降低奧氏體不銹鋼的冷加工硬化傾向,，這主要是由于奧氏體穩(wěn)定性增大,減少以至消除了冷加工過程中的馬氏體轉(zhuǎn)變,，同時對奧氏體本身的冷加工硬化作用不太明顯，不銹鋼冷加工硬化傾向的影響,，鎳降低奧氏體不銹鋼冷加工硬化速率,，與降低鋼的室溫及低溫強度，提高塑性的作用,決定了鎳含量的提高有利于奧氏體不銹的冷加工成形性能,，提高鎳含量還可減少以至消除18-8和17-14-2型鉻鎳奧氏體不銹鋼中的δ鐵素體,，從而提高其熱加工性能，但是,，δ鐵素體的減少對這些鋼種的可焊接性不利會增大焊接熱裂紋絲傾向,，此外，鎳還可顯著提高鉻錳氮(鉻錳鎳氮)奧氏體不銹鋼的熱加工性能,從而顯著提高鋼的成材率,。在奧氏體不銹鋼中,，鎳的加入以及隨著鎳含量的提高，導致鋼的熱力學穩(wěn)定性增加,因此奧氏體不銹鋼具有更好的不銹性和耐氧化性介質(zhì)的性能,，且隨著鎳含量增加,，耐還原性介質(zhì)的性能進一步得到改善,。值得指出,，鎳還是提高奧氏體不銹耐許多介質(zhì)穿晶型應力腐蝕的唯一重要元素。

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二．鉻元素對不銹鋼的影響

鉻的影響:鉻是奧氏體不銹鋼中最主要的合金元素,，奧氏體不銹鋼的不銹性和耐蝕性的獲得主要是由于在會質(zhì)作用下,，鉻促進了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結果。

1．鉻對組織的影響

在奧氏體不銹鋼中,，鉻是強烈形成并穩(wěn)定鐵體的元素,縮小奧氏體區(qū),，隨著鋼中含量增加，奧氏體不銹鋼中可出現(xiàn)鐵素體(δ)組織,，研究表明,，在鉻鎳奧氏體不銹鋼中，當碳含量為0.1%,，鉻含量為18%時,，為獲得穩(wěn)定的單一奧氏體組織,所需鎳含量最低,約為8%,，就這一點而言，常用的18Cr—8Ni型鉻鎳奧氏體 不銹鋼是含鉻,，鎳量配比最為適宜的一種,。 有奧氏體不銹鋼中,隨著鉻含量的增加，一些金屬間相(比如δ相)的形成傾向增大,，當鋼中含有鉬時,，鉻含含量會增加還會χ相等的形成,如前所述，σ, χ相的析出不僅顯著降低鋼的塑性和韌性,，而且在一些條件下還降低鋼的耐蝕性,，奧氏體不銹鋼中鉻含量的提高可使馬氏體轉(zhuǎn)烴溫度(Ms)下降，從而提高奧氏體基體的穩(wěn)定性,。因此高鉻(比如超過20%)奧氏體不銹鋼即使經(jīng)過冷加工和低溫處理也很難獲得馬氏體組織,。

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鉻是強碳化物形成元素，在奧氏體不銹鋼中也不例外,，奧氏體不銹鋼中常見的鉻碳化物Cr23C6,；;當鋼中含有鉬或鉻時，還可見到期Cr6C等碳化物,，它們的形成在某些條件下對鋼的性能會產(chǎn)生重要影響,。

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2．鉻對性能的影響

一般來主,只要奧氏體不銹鋼保持完全奧氏體組織而沒有δ鐵素體等的形成，僅提高鋼中鉻含量不會對力學性能有顯著影響,，鉻對奧氏體不銹鋼性能影響最大的是耐蝕性,，主要表現(xiàn)為：鉻提高鋼的耐氧化性介質(zhì)和酸性氯化物介質(zhì)的性能;在鎳以及鉬和銅復合作用下，鉻提高鋼耐一些還原性介質(zhì),，有機酸,尿素和堿介質(zhì)的性能,；鉻還提高鋼耐局部腐蝕，比如晶間腐蝕.點腐蝕,縫隙腐蝕以及某此條件下應力體育館的性能,。對奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感性影響最大的因素是鋼中碳含量,，其他元素對晶間腐蝕的作用主要視其對碳化物的溶解和沉淀行為的影響而定,在奧氏體不銹鋼中，鉻能增大碳的溶解度而降低鉻的貧化度,，因而提高鉻含量對奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕是有益,鉻非常有效地改善奧氏體不銹鋼的耐點腐蝕及縫隙腐蝕性能,，當鋼中同時有鉬或鉬及氮存在時，鉻的這種有效性大加強,，雖然根據(jù)研究鉬的耐點腐蝕及縫隙腐蝕的能力為鉻的話倍左右,，氮為鉻的30倍，但是大量研究,奧氏體不銹鋼中如果沒有鉻或者鉻含量較低,，鉬及氮的耐點腐蝕與縫隙腐蝕作用便會喪失或不夠顯著鉻對奧氏體不銹鋼的耐應力腐蝕性能的作用,，隨實驗介質(zhì)條件及實際使用環(huán)境而異，在MgCl2沸騰溶液中，鉻的作用一般是有害的,，但是在含Cl-和氧的水介質(zhì),，高溫高壓水以及點腐蝕為起源的應力腐蝕條件下，提高鋼中鉻含量則對耐應力腐蝕有利,，同時,，鉻還可防止奧氏體不銹鋼及合金中由于鎳含量提高而容易出現(xiàn)的晶間型應力腐蝕的傾向,對開苛性(NqOH)應力腐蝕，鉻的作用也是有益的鉻除對負數(shù)氏體不銹鋼耐蝕性有重要影響外,，還能顯著提高該類鋼的抗氧化,抗硫化和抗融鹽腐蝕等性能,。

三、錳Mn 元素在不銹鋼中的作用

對不銹鋼的顯微組織及熱處理的作用：

1.錳是良好的脫氧劑和脫硫劑,，工業(yè)用鋼中一般均含有一定量的錳,。

2.錳固溶于鐵素體和奧氏體中，擴大奧氏體區(qū),，使臨界溫度A4點升高,，A3點降低，當錳含量超過12%時,，上臨界點降至室溫以下,，使鋼在室溫時形成單一奧氏體組織。在降低共析溫度同時,，使共析體中的碳含量減少

3.錳強烈降低鋼的Ad和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（其作用僅次于碳）和鋼中相變的速度,，提高鋼的淬透性，增加強余奧氏體含量,。

4.使鋼的調(diào)質(zhì)組織均勻,、細化，避免了滲碳層中碳化物的聚集成塊,，但增大了鋼的過熱敏感性和回火脆性傾向,。

5.錳是弱碳化物形成c

u 對不銹鋼的力學性能的作用

1.錳強化鐵素體或奧氏體的作用不及碳、磷,、硅,，在增加強度的同時，對延展性無影響,。

2. 由于細化了珠光體,，顯著提高低碳和中碳珠光體鋼的強度,，使延展性有所降低,。

3.通過提高淬透性而提高了調(diào)質(zhì)處理索氏體鋼的力學性能。

4.在嚴格控制熱處理工藝,、避免過熱時的晶粒長大以及回火脆性的前提下,，錳不會降低鋼的韌性。

u 對不銹鋼的物理,、化學及工藝性能的作用

1.隨錳含量的增加,，鋼的熱導率急劇下降,，線脹系數(shù)上升，使快速加熱或冷卻時形成較大內(nèi)應力,，工件開裂傾向增大,。

2. 使鋼的電導率急劇降低，電阻率相應增大,，電阻溫度系數(shù)下降,。

3.使矯頑力增大，飽和磁感,、剩余磁感和磁導率均下降,，因而錳對永磁合金有利，對軟磁合金有害,。

4.錳含量很高時,，鋼的抗氧化性能下降。

5.使鋼中的硫形成較高熔點的MnS,，避免了晶界上的FeS薄膜,，消除鋼的熱脆性，改善熱加工性能,。

6.高錳奧氏體鋼的變形阻力較大,，且鋼錠中柱狀結晶明顯，鍛軋時較易開裂,。

7.由于提高了淬透性和降低了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度,，對焊接性能有不利影響。在適當范圍內(nèi)應降低碳含量,。

u 在不銹鋼中的應用

1易切削鋼中常有適量的錳和磷,，MnS夾雜使切屑易于碎斷。

2.普通低合金鋼中利用錳來強化鐵素體和珠光體,，提高鋼的強度,，錳含量一般為1%-2% 。3.滲碳和調(diào)質(zhì)合金結構鋼的許多系列中含有不超過2%的錳,。

4.彈簧鋼,、軸承鋼和工具鋼中利用錳強烈提高淬透性的作用�,？刹捎糜痛愫涂绽涞拇慊鸸に�,，減少開裂、扭曲和變形,。

5.耐磨鋼,、無磁鋼、不銹鋼、耐熱鋼,，包括高碳高錳耐磨鑄鋼,，低碳高錳不銹鋼，高錳耐熱鋼等,。

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四．碳元素對奧氏體不銹鋼的影響

碳的影響：碳在奧氏體不銹鋼中是強烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴大奧氏體區(qū)的元素,。碳形成奧氏體的能力約為鎳的30倍，碳是一種間隙元素,，通過固溶強化可顯著提高奧氏體不銹鋼的強度,。碳還可提高奧氏體不銹鋼在高濃氯化物(如42%MgCl2沸騰溶液)中的耐應力腐蝕的性能。但是,，在奧氏體不銹鋼中,碳常常被視為有害元素,，這主要是由于在不銹鋼和耐蝕用途中的一些條件下(比如焊接或經(jīng)450~850℃加熱)，碳可與鋼中的鉻形成高鉻的Cr23C6型碳化合物從而導致局部鉻的貧化,，使鋼的耐蝕性特別是耐晶間腐蝕性能下降,。因此，60年代以來新發(fā)展的鉻鎳奧氏體不銹鋼大都是碳含量小于0.03%或0.02%超低碳型的,可以知道隨著碳含量降低,，鋼的晶間腐蝕敏感性降低,，當碳含量低于0.02%才具有最明顯的效果，一些實驗珠光還指出,碳還會增大鉻奧氏體不銹鋼的點腐蝕分傾向,。由于碳的有害作用,不僅在奧氏體不銹鋼冶煉過和中應按要求控制盡量低的碳含量,而且在隨后的熱,，冷加工和熱處理等過程中也在防止不銹鋼表面增碳，且免鉻的碳化物析出,。

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