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                不锈钢材料中的各种元素有什么作用及其作用?

                发布时间:2021-04-25  浏览:985次

                不锈钢材料中的各种元素及其作用:

                1.铬——是构成不锈钢的基本元素。 铬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 可显著※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。

                2.镍——单独不能构成不锈钢 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,低炭镍钢要获 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、、磷酸等)的 耐蚀性,并能改善钢的焊接和冷弯等⌒ 的工艺性能。
                3.锰和氮——可代替铬镍不锈钢中的镍 锰和氮在不锈钢中有镍相仿的作用。锰的稳定奥氏体作用为镍的】二分之一,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■镍获得单一的奥氏体组织。但锰的加 入会使含铬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。

                4.碳——在不锈钢中具有两重性 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,并作用的程度很大,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, 在々不锈钢中要占用十七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。所以,从强度与耐腐蚀◎性能 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,在大多在 0.1%左右,为了进一步提高钢的耐腐蚀能力,特别是 抗晶间腐蚀的能力,常采用超低碳的ㄨ不锈钢,含碳量在 0.03%甚至更低;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. 85~1.00%之间。如 9Cr18 钢等。

                5.钼和铜——能提高某些不锈钢对某些介质的耐腐蚀性能 钼和铜能提高不锈钢对、醋酸等腐蚀〇介质的耐蚀能力。钼还能显著提高对含氯离子的介 质(如)以及有机酸中的耐蚀能力█。但含钼的不锈钢不宜在硝酸中应用,含钼的不锈钢在沸 腾的 65%硝酸中的腐→蚀速度比不含钼的增加一倍;铜加入铬锰氮不锈钢中,会加速不锈钢 的晶间腐蚀。 钼对钢获得单一奥氏体组织有不利影响,因此在含钼钢↓中,为了使钢在热处理后具有单 一的奥氏体组织。镍在锰等元素的含量要相应的提高▲。

                6.硅和铝——能提高不锈钢的抗氧化能力 硅对提高铬钢抗氧化←能力的作用很显著,含 5%铬及 1%硅的钢,抗氧化的能力可与 12% 铬钢相等。如使钢在 1000℃能抵抗氧化,含 0.5%硅时需要 22%的铬,如加入 2.5~3%的 硅以后,只需要 12%的铬就可以♀了。有资料还介绍,向 Cr15Ni20 的铬镍钢中加 2.5%的硅, 抗氧化性能可相当 Cr15Ni60 的铬镍合金。 向高铬钢中加铝也◥能使抗氧化性能显著提高,它的作用与加硅的功能相仿。 向高铬钢中加硅和铝的目的: 一是为了进一步提高钢的抗氧化性能, 二是╳为了节约用铬。 硅和铝对提高铬钢抗氧化性能的作用虽然很大,但也∮有很多缺点。最主要的是它使钢的 晶粒粗化和脆性倾向增大。

                7.钨和钒加入钢中,其主要♂作用是提高钢的热强性。

                8.硼 高铬ㄨ铁素体不锈钢(Cr17MO2Ti)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(0.0006~0.0007%)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;含硼的铬镍奥氏体 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。

                9.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。 以上谈到了构成不锈钢的基╱本元素——铬,和影响不锈钢组织、性能的重∑要元素——碳, 以及改善不锈钢性能和组织的添加元素——镍、锰、氮、钛、铌、钼、铜、硅、铝、钨、钒、 硼等十多个元素。 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,这一类元素形成铁素 体的作用,如以铬为 1 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他@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; 如果他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。因此说,不锈钢的性能,归根到底主要是由合金元素决定的。 只含有铬元↑素的不锈钢,人们通常称它为“不锈铁”,工↘业上称它为“铬不锈钢”。这类钢都 具有磁性,他们的金相组织为铁素体、马氏体或铁素体、马氏体为々主体的复相组织。这类钢 具有抵抗大气及弱腐蚀介质的能力,或有更高的耐腐蚀性能与抗氧化》性能,或可淬火使用。 但他们的机械性能或工艺性能较差Ψ , 几乎没有焊接性能等等的不足之◥处。 这类钢远不能满足 工☆业用钢的特殊要求。 在铬级不锈钢的基体中,加入适量的▃镍元素。如在含铬 18%的低炭(0.12%以下的炭) 的铁素体钢中加入 8%的镍后,在常温下可获得最理想的纯奥氏体组织,这种钢就是人们◆通 常所称的无磁性的不锈钢。这类铬镍不锈钢与相同含铬量的铁素体或马氏体耐酸不锈钢比 较, 不仅具有更高的耐腐蚀性能, 更重要提他们具有良︼好的冷变形使之硬化的性能和焊接性 能,在常温或低温下均具有很高的塑性和冲击韧性,不具磁性等等的优良性能。这类不锈钢 的缺点是机械性能比较低, 对晶间腐蚀及应力腐蚀比较敏感, 但通过适√量的合金添加剂或工 艺措施,就能改善或消除。 在铬级不锈钢的基本『中,添加以锰为主要合金元素的不锈钢。就是人◇们通常所讲的“铬锰 氮”不锈钢。这类不锈钢除强度比铬镍钢为高外,其他如耐腐蚀性和工艺性能等都不如铬镍 奥氏★体不锈钢好。生产这类不锈钢除个别情况下,主要是为了节约昂贵的镍︽元素,所以这类 钢又叫节镍不锈钢。