不锈钢所含各元素的作用|天游ty8

决议不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定命目的铬。迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。铬之以是成为决议不锈钢性能的主要元素，基础的缘故原由是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于对抗侵蚀破损的方面生长。这种转变可以从以下方面获得说明：
①铬使铁基固溶体的电极电位提高
②铬吸收铁的电子使铁钝化
       钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐侵蚀性能被提高的征象。组成金属与合金钝化的理论许多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。
1-2. 碳在不锈钢中的两重性
       碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很洪流平上决议于碳在钢中的含量及其漫衍的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要体现在两方面，一方面碳是稳固奥氏体的元素，并且作用的水平很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列重大的碳化物。以是，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是相互矛盾的。
       熟悉了这一影响的纪律，我们就可以从差别的使用要求出发，选择差别含碳量的不锈钢。
         例如工业中应用最普遍的，也是最最少的不锈钢——0Crl3～4Cr13这五个钢号的标准含铬量划定为12～14％，就是把碳要与铬形成碳化铬的因素思量进去以后才决议的，目的即在于使碳与铬团结成碳化铬以后，固溶体中的含铬量不致低于11.7％这一最低限度的含铬量。
       就这五个钢号来说由于含碳量差别，强度与耐侵蚀性能也是有区别的，0Cr13～2Crl3钢的耐侵蚀性较好但强度低于3Crl3和4Cr13钢，多用于制造结构零件，后两个钢号由于含碳较高而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度及耐磨的零件。又如为了战胜18－8铬镍不锈钢的晶间侵蚀，可以将钢的含碳量降至0.03％以下，或者加入比铬和碳亲和力更大的元素（钛或铌），使之不形成碳化铬，再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时，我们可以在增添钢的含碳量的同时适外地提高含铬量，做到既知足硬度与耐磨性的要求，又兼顾—定的耐侵蚀功效，工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢9Cr18和9Cr17MoVCo钢，含碳量虽高达0.85～0.95％，由于它们的含铬量也响应地提高了，以是仍包管了耐侵蚀的要求。
       总的来讲，现在工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是较量低的，大大都不锈钢的含碳量在0.1～0.4％之间，耐酸钢则以含碳0.1～0.2％的居多。含碳量大于0.4％的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是由于在大大都使用条件下，不锈钢总是以耐侵蚀为主要目的。别的，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及冷变形等。
1-3. 镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才施展出来的
       镍是优良的耐侵蚀质料，也是合金钢的主要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要抵达24％；而只有含镍27％时才使钢在某些介质中的耐侵蚀性能显著改变。以是镍不可单独组成不锈钢。可是镍与铬同时保存于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多难堪的性能。
       基于上面的情形可知，镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组织爆发转变，从而使不锈钢的耐侵蚀性能及工艺性能获得某些改善。
1-4. 锰和氮可以取代铬镍不锈钢中镍
       铬镍奥氏体钢的优点虽然许多，但近几十年理由于镍基耐热合金与含镍20％以下的热强钢的大宗生长与应用，以及化学工业日益生长对不锈钢的需要量越来越大，而镍的矿藏量较少且又集中漫衍在少数地区，因此在天下规模内泛起了镍在供和需方面的矛盾。以是在不锈钢与许多其他合金领域（如大型铸锻件用钢、工具钢、热强钢等）中，特殊是镍的资源较量缺乏的国家，普遍地开展了节镍和以其他元素代镍的科学研究与生产实践，在这方面研究和应用较量多的是以锰和氮来取代不锈钢与耐热钢中的镍。
       锰关于奥氏体的作用与镍相似。但说得确切一些，锰的作用不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬迅速度，在冷却时增添奥氏体的稳固性，抑制奥氏体的剖析，使高温下形成的奥氏体得以坚持到常温。在提高钢的耐侵蚀性能方面，锰的作用不大，如钢中的含锰量从0到10．4%转变，也不使钢在空气与酸中的耐侵蚀性能爆发显着的改变。这是由于锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大，形成的氧化膜的防护作用也很低，以是工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等），但它们不可作为不锈钢使用。锰在钢中稳固奥氏体的作用约为镍的二分之一，即2％的氮在钢中的作用也是稳固奥氏体，并且作用的水平比镍还要大。例如，欲使含18％铬的钢在常温下获得奥氏体组织，以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，现在已在工业中获得应用，有的已乐成地取代了经典的18-8铬镍不锈钢。
1-5.不锈钢中加钛或铌是为了避免晶间侵蚀。
1-6.钼和铜可以提高某些不锈钢的耐侵蚀性能。
1-7.其他元素对不锈钢的性能和组织的影响
       以上主要的九种元素对不锈钢的性能和组织的影响，除这些元素对不锈钢性能与组织影响较大的元素以外，不锈钢中还含有一些其他的元素。有的是和一样平常钢一样为常存杂质元素，如硅、硫、磷等．也有的是为了某些特定的目的而加入的，如钴、硼、硒、稀土元素等。从不锈钢的耐侵蚀性能这一主要性子来说，这些元素相关于已讨论的九种元素，都是非主要方面的，虽然云云，但也不可完全忽略，由于它们对不锈钢的性能与组织同样也爆发影响。
    硅：是形成铁素体的元素，在一样平常不锈钢中为常存杂质元素。
    钴：作为合金元素在钢中应用未几，这是由于钴的价钱高及其在其它方面（如高速钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁钢或硬磁合金等）有着更主要的用途。在一样平常不锈钢中加钴作合金元素的也未几，常用不锈钢如9Crl7MoVCo钢（含1.2-1.8％钴）加钴，目的并不在于提高耐侵蚀性能而在于提高硬度，由于这种不锈钢的主要用途是制造切片机械刃具、铰剪及手术刀片等。
       硼：高铬铁素体不锈钢Crl7Mo2Ti钢中加0．005％硼，可使在欢喜的65％醋酸中的耐侵蚀性能提高。加微量的硼（0.0006～0.0007％）可使奥氏体不锈钢的热态塑性改善。少量的硼由于形成低熔点共晶体，使奥氏体钢焊接时爆发热裂纹的倾向增大，但含有较多的硼（0．5～0．6％）时，反而可避免热裂纹的爆发。由于当含有0．5～0．6％的硼时，形成奥氏体－硼化物两相组织，使焊缝的熔点降低。熔池的凝固温度低于半溶化区时，母材在冷却时爆发的张应力，由处于液态．固态的焊缝金属遭受，此时是不致引起裂痕的，纵然在近缝区形成了裂纹，也可以为处于液态－固态的熔池金属所填充。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。
       磷：在一样平常不锈钢中都是杂质元素，但其在奥氏体不锈钢中的危害性不像在一样平常钢中那样显著，故含量可允许高一些，若有的资料提出可达0．06％，以利于冶炼控制。个别的含锰的奥氏体钢的含磷量可达0．06％（如2Crl3NiMn9钢）以至0.08％（如Cr14Mnl4Ni钢）。使用磷对钢的强化作用，也有加磷作为时效硬化不锈钢的合金元素，PH17－10P钢(含0．25％磷)乃PH－HNM钢（含0．30磷）等。
       硫和硒：在一样平常不锈钢中也是常有杂质元素。但向不锈钢中加0．2～0．4％的硫，可提高不锈钢的切削性能，硒也具有同样的作用。硫和硒提高不锈钢的切削性能，是由于它们降低不锈钢的韧性，例如一样平常18－8铬镍不锈钢的攻击值可达30公斤/厘米2。含0．31％硫的18－8钢（0．084％C、18．15％Cr、9．25％Ni）的攻击值为1．8公斤/平方厘米；含0。22％硒的18－8钢（0．094％C、18．4％Cr、9％Ni）的攻击值为3．24公斤/平方厘米。硫与硒均降低不锈钢的耐侵蚀性能，以是现实应用它们作为不锈钢的合金化元素的很少。
       稀土元素：稀土元素应用于不锈钢，现在主要在于改善工艺性能方面。如向Crl7Ti钢和Cr17Mo2Ti钢中加少量的稀土元素，可以消除钢锭中因氢气引起的气泡和镌汰钢坯中的裂纹。奥氏体和奥氏体－铁素体不锈钢中加0．02～0．5％的稀土元素（铈镧合金），可显著改善铸造性能。曾有一种含19．5%铬、23％镍以及钼铜锰的奥氏体钢，由于热加工工艺性能在已往只能生产铸件，加稀土元素后则可轧制成种种型材。