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不鏽鋼化學(xué)元素對(duì)不鏽鋼的影響
日期：2024-11-24 22:45
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摘要：
不鏽鋼化學(xué)元素對(duì)不鏽鋼的影響
不論不鏽鋼板還是耐熱鋼板，奧氏體型的鋼板的綜合性能*好，既有足夠的強(qiáng)度，又有極好的塑性同時(shí)硬度也不高，這也是它們被廣泛采用的原因之一。奧氏體型不鏽鋼同絕大多數(shù)的其它金屬材料相似，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度，隨著溫度的降低而提高；塑性則隨著溫度降低而減小。其抗拉強(qiáng)度在溫度15~80°C範(fàn)圍內(nèi)增長(zhǎng)是較為均勻的。更重要的是：隨著溫度的降低，其衝擊韌度減少緩慢，並不存在脆性轉(zhuǎn)變溫度。所以不鏽鋼在低溫時(shí)能保持足夠的塑性和韌性。
不鏽鋼化學(xué)元素對(duì)不鏽鋼的影響
不鏽鋼的耐熱性能耐熱性能是指高溫下，既有抗氧化或耐氣體介質(zhì)腐蝕的性能即熱穩(wěn)定性，同時(shí)在高溫時(shí)雙有足夠的強(qiáng)度即熱強(qiáng)性。鉻的影響：鉻是奧氏體不鏽鋼中*主要的合金元素，奧氏體不鏽鋼的不鏽性和耐蝕性的獲得主要是由於在會(huì)質(zhì)作用下，鉻促進(jìn)了鋼的鈍化並使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果?！?鉻對(duì)組織的影響：在奧氏體不鏽鋼中，鉻是強(qiáng)烈形成並穩(wěn)定鐵體的元素，縮小奧氏體區(qū)，隨著鋼中含量增加，奧氏體不鏽鋼中可出現(xiàn)鐵素體（δ）組織，研究表明，在鉻鎳奧氏體不鏽鋼中，當(dāng)碳含量為0.1%，鉻含量為18%時(shí)，為獲得穩(wěn)定的單一奧氏體組織，所需鎳含量*低，約為8%，就這一點(diǎn)而言，常用的18Cr—8Ni型鉻鎳奧氏體不鏽鋼是含鉻，鎳量配比*為適宜的一種。有奧氏體不鏽鋼中，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(dāng)鋼中含有鉬時(shí)，鉻含含量會(huì)增加還會(huì)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，奧氏體不鏽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(guò)20%）奧氏體不鏽鋼即使經(jīng)過(guò)冷加工和低溫處理也很難獲得馬氏體組織。
不鏽鋼化學(xué)元素對(duì)不鏽鋼的影響
鉻是強(qiáng)碳化物形成元素，在奧氏體不鏽鋼中也不例外，奧氏體不鏽鋼中常見(jiàn)的鉻碳化物有Cr23C6；當(dāng)鋼中含有鉬或鉻時(shí)，還可見(jiàn)到期Cr6C等碳化物，它們的形成在某些條件下對(duì)鋼的性能會(huì)產(chǎn)生重要影響。○2鉻對(duì)性能的影響：一般來(lái)主，隻要奧氏體不鏽鋼保持完全奧氏體組織而冇有δ鐵素體等的形成，僅提高鋼中鉻含量不會(huì)對(duì)力學(xué)性能有顯著影響，鉻對(duì)奧氏體不鏽鋼性能影響*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；在鎳以及鉬和銅複合作用下，鉻提高鋼耐一些還原性介質(zhì)，有機(jī)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(diǎn)腐蝕，縫隙腐蝕以及某此條件下應(yīng)力腐蝕的性能。對(duì)奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性影響*大的因素是鋼中碳含量，其他元素對(duì)晶間腐蝕的作用主要視其對(duì)碳化物的溶解和沉澱行為的影響而定，在奧氏體不鏽鋼中，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(duì)奧氏體不鏽鋼的耐晶間腐蝕是有益，鉻非常有效地改善奧氏體不鏽鋼的耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕性能，當(dāng)鋼中同時(shí)有鉬或鉬及氮存在時(shí)，鉻的這種有效性大加強(qiáng)，雖然根據(jù)研究鉬的耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的能力為鉻的3倍左右，氮為鉻的30倍，但是大量研究，奧氏體不鏽鋼中如果冇有鉻或者鉻含量較低，鉬及氮的耐點(diǎn)腐蝕與縫隙腐蝕作用便會(huì)喪失或不夠顯著。鉻對(duì)奧氏體不鏽鋼的耐應(yīng)力腐蝕性能的作用，隨實(shí)驗(yàn)介質(zhì)條件及實(shí)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(diǎn)腐蝕為起源的應(yīng)力腐蝕條件下，提高鋼中鉻含量則對(duì)耐應(yīng)力腐蝕有利，同時(shí)，鉻還可防止奧氏體不鏽鋼及合金中由於鎳含量提高而容易出現(xiàn)的晶間型應(yīng)力腐蝕的傾向，對(duì)開(kāi)裂性（NaOH）應(yīng)力腐蝕，鉻的作用也是有益的，鉻除對(duì)奧氏體不鏽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。
1鎳對(duì)組織的影響
鎳是強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，為了獲得單一的奧氏體組織，當(dāng)鋼中含有0.1%碳和18%鉻時(shí)所需的*低鎳含量約為8%，這便是*有名18-8鉻鎳奧氏體不鏽鋼的基本分，奧氏體不鏽鋼中，隨著鎳含量的增加，殘餘的鐵素體可完全消除，並顯著降低σ相形成的傾向；同時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)烴溫度降低，甚至可不出現(xiàn)λ→M相變，但是鎳含量的增加會(huì)降低碳在奧氏體不鏽鋼中的溶解度，從而使碳化物析出傾向增強(qiáng)。
2鎳對(duì)性能的影響
鎳對(duì)奧氏體不鏽鋼特彆是對(duì)鉻鎳奧氏體不鏽鋼力學(xué)性能的影響，主要是由鎳對(duì)奧氏體穩(wěn)定性的影響來(lái)決定，在鋼中可能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的鎳含量範(fàn)圍內(nèi)，隨著鎳含量的增加，鋼的強(qiáng)度降低而塑性提高，具有穩(wěn)定奧氏體組織的鉻鎳奧氏體不鏽鋼韌性（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(duì)於具有穩(wěn)定奧氏體組織的鉻錳奧氏體不鏽鋼，鎳的加入可進(jìn)一步改善其韌性.鎳還可顯著降低奧氏體不鏽鋼的冷加工硬化傾向，這主要是由於奧氏體穩(wěn)定性增大，減少以至消除了冷加工過(guò)程中的馬氏體轉(zhuǎn)變，同時(shí)對(duì)奧氏體本身的冷加工硬化作用不太明顯，不鏽鋼冷加工硬化傾向的影響，鎳降低奧氏體不鏽鋼冷加工硬化速率，與降低鋼的室溫及低溫強(qiáng)度，提高塑性的作用，決定了鎳含量的提高有利於奧氏體不鏽的冷加工成形性能，提高鎳含量還可減少以至消除18-8和17-14-2型鉻鎳奧氏體不鏽鋼中的δ鐵素體，從而提高其熱加工性能，但是，δ鐵素體的減少對(duì)這些鋼種的可焊接性不利會(huì)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）奧氏體不鏽鋼的熱加工性能，從而顯著提高鋼的成材率，在奧氏體不鏽鋼中，鎳的加入以及隨著鎳含量的提高，導(dǎo)致鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性增加，因此奧氏體不鏽鋼具有更好的不鏽性和耐氧化性介質(zhì)的性能，且隨著鎳含量增加，耐還原性介質(zhì)的性能進(jìn)一步得到改善.值得指出，鎳還是提高奧氏體不鏽耐許多介質(zhì)穿晶型應(yīng)力腐蝕的**重要元素，在各種酸介質(zhì)中鎳對(duì)奧氏體不鏽鋼耐蝕性能的影響，需要指出，在高溫高壓水中的一些條件下，鎳含量的提高導(dǎo)致鋼和合金的晶間型應(yīng)力腐蝕敏感性增加，但是這種不利作用會(huì)由於鋼及合金中鉻含量的提高而獲得減輕或受到抑製.隨**奧氏體不鏽鋼中鎳含量的提高，其產(chǎn)生晶間腐蝕的臨界碳含量降低，即鋼的晶間腐蝕敏感性增加，至於對(duì)奧氏體不鏽鋼耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的性能，鎳的作用並不顯著，此外，鎳還提高奧氏體不鏽鋼的高溫抗氧化性能，這主要與鎳改善了鉻的氧化膜的成分，結(jié)構(gòu)和性能降低，並且鎳含量越高越有害，這主要是由於鋼中晶界處低熔點(diǎn)硫化鎳所致，一般來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單的鉻鎳（及鉻錳氮）奧氏體不鏽鋼僅用於要求不鏽性和耐氧化性介質(zhì)（比如硝酸等）的使用條件下，鉬作為奧氏體不鏽鋼中的重要合金元素加入到鋼中使其使用範(fàn)圍進(jìn)一步擴(kuò)大，鉬的作用主要是提高鋼在還原性介質(zhì)（比H2SO4,H3PO4，以及一些有機(jī)酸和尿素環(huán)境）的耐蝕性，並提高鋼的耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕等性能。
1鉬對(duì)組織的影響
鉬和鉻都是形成和穩(wěn)定鐵素體並擴(kuò)大鐵素體相區(qū)的元素，鉬形成鐵素體的能力與鉻相當(dāng).鉬還促進(jìn)奧氏體不鏽鋼中金屬間相，比如σ相，κ相，和Laves相等的沉澱，對(duì)鋼的耐蝕性和力學(xué)性能都會(huì)產(chǎn)生不利影響，特彆是導(dǎo)致塑性，韌性下降。為使奧氏體不鏽鋼保持單一的奧氏體組織，隨著鋼中鉬含量的增加，奧氏體形成元素（鎳，氮及錳等）的含量也要相應(yīng)提高，以保持鋼中鐵素體與奧氏體形成元素之間的平衡。
2鉬對(duì)性能的影響
鉬對(duì)奧氏體不鏽鋼的氧化作用不顯著，因此當(dāng)鉻鎳奧氏體不鏽鋼保持單一的奧氏體組織且無(wú)金屬間析出時(shí)，鉬的加入對(duì)其室溫力學(xué)性能影響不大，但是，隨著鉬含量的增加，鋼的高溫強(qiáng)度提高，比如持久，蠕變等性能均獲較大改善，因此含鉬不鏽鋼也常在高溫下應(yīng)用，然而，鉬的加入使鋼的高溫變形抗力增大，加之鋼中常常存在少量δ鐵素體因而含鉬不鏽鋼的熱衷加工性比不含鉬鋼為差，而且鉬含量越高，熱加工性能越壞，另外，含鉬奧氏體不鏽鋼中容易發(fā)生κ（σ）相沉澱，這將顯著惡化鋼的塑性和韌性，因此在含鉬奧氏體不鏽鋼的生產(chǎn)，設(shè)備製造和應(yīng)用過(guò)程中，要注意防止鋼中金屬間相的形成，雖然鉬作用為合金元素對(duì)奧氏體不鏽鋼耐還原性介質(zhì)，麵點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的原因尚不完全清楚，但大量實(shí)驗(yàn)已指出，鉬的耐蝕作用僅相當(dāng)鋼中含有較高量的鉻時(shí)才有效，鉬主要是強(qiáng)化鋼中鉻的耐蝕作用，與此同時(shí)，鉬形成酸鹽後的緩蝕作用也已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，在耐高濃氯化物溶液的應(yīng)力腐蝕方麵，雖然鉬作為合金元素對(duì)奧氏體不鏽鋼耐還原性介質(zhì)，耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的原因尚不完全清楚，但大量實(shí)驗(yàn)已指出，鉬的作用僅當(dāng)鋼中含有較高量的鉻時(shí)才有效，鉬主要是強(qiáng)化鋼中鉻的耐蝕作用，與此同時(shí)，鉬形成鉬酸鹽後的緩衝作用也已為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，在耐高濃氯化物沉淪的應(yīng)力腐蝕方麵，雖然一此實(shí)驗(yàn)指同。3#以下的鉬對(duì)奧氏體不鏽鋼的耐應(yīng)力腐蝕性能有害，，但是由於常見(jiàn)鉻鎳奧氏體不鏽鋼多在含有微量氯化物及飽和氧的水介質(zhì)中使用，其應(yīng)力腐蝕又以點(diǎn)腐蝕為起源，因此含鉬的鉻鎳鉬奧氏體不鏽鋼由於耐點(diǎn)腐蝕性能較高，所以在實(shí)際應(yīng)用中常常比不含鉬鋼具有更好的耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能。
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