各種合金元素對(duì)不銹鋼組織和性能的影響(共5頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 各種合金元素對(duì)不銹鋼組織和性能的影響從物理冶金學(xué)原理可知，合金的化學(xué)成份決定其各種熱處理狀態(tài)和加工處理狀態(tài)下的金相結(jié)構(gòu)和組織。以化學(xué)成份為基礎(chǔ)，加上金相結(jié)構(gòu)和組織決定著該合金材料的性能。為了比較系統(tǒng)地理解眾多不銹鋼牌號(hào)的異同和各種合金元素對(duì)加工性能的影響，下面介紹不銹鋼中主要合金元素鉻、鎳、硅、錳、鉬、銅、鋁、氮、鈦、鈮和碳對(duì)其金相結(jié)構(gòu)、組織和性能。一、 合金元素的影響1、鉻、鎳、鋁、為形成鐵素體的元素，是不銹鋼獲得耐腐蝕性能的主要合金元素。在碳鋼的基礎(chǔ)上加入足夠量的鉻（wcr 12%）,既可使鋼在氧化性介質(zhì)中產(chǎn)生一種與基體組織牢固結(jié)合的鉻鐵氧化物（FeCr）2O3

2、的鈍化膜；又能提高鋼在電介質(zhì)中的電極電位，從而使化學(xué)穩(wěn)定性得到提高。硅和鋁同樣能使鋼在氧化性介質(zhì)中生成致密的保護(hù)膜，其中鋁的作用比鉻還強(qiáng)烈。在奧氏體型耐熱鋼中，這些元素均能提高其抗氧化性。在18-8型不銹鋼中，當(dāng)硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.4%提高到2.4%時(shí)，鋼在980時(shí)抗氧化性能提高22倍。如果硅含量過(guò)高，會(huì)嚴(yán)重惡化穩(wěn)定奧氏體型鋼的焊接性，故必須嚴(yán)格控制硅在鋼中的含量。鋁在沉淀硬化型不銹鋼中，可以提高其室溫和高溫的強(qiáng)度。2、鎳 為形成奧氏體的元素。能使合金表面鈍化，擴(kuò)大鋼在酸中的鈍化范圍，但不能改善其對(duì)稀硝酸的耐蝕性。它能提高不銹鋼抗硫酸、鹽酸等腐蝕介質(zhì)的性能，是耐蝕鋼的主要合金元素，如果單獨(dú)使用鎳

3、作為不銹鋼合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高達(dá)24%才能得到全奧氏體組織，但這是極為不經(jīng)濟(jì)的。而在低碳鉻不銹鋼（wcr>17%）的基礎(chǔ)上，只需加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的鎳。即可獲得耐蝕性好、綜合力學(xué)性能也好的室溫下穩(wěn)定的奧氏體組織，既能滿(mǎn)足鋼的耐蝕性要求，又能提高鋼的高溫強(qiáng)度和抗氧化性能，成為一種具有良好綜合性能的鋼種。3、鉬和銅 鉬是形成鐵素體的元素。在鉻不銹鋼中加入鉬，可以提高鋼在非氧化性介質(zhì)中的穩(wěn)定。它的獨(dú)特之處是能抵抗氯離子（Cl-）產(chǎn)生的點(diǎn)腐蝕；同時(shí)也能提高奧氏體型鋼的熱強(qiáng)性，改善奧氏體鋼短時(shí)塑性和持久塑性，對(duì)焊接有利。但是鉬的加入將會(huì)縮小鋼中奧氏體相區(qū)，使奧氏體型不銹鋼中出現(xiàn)鐵素體相。為此，

4、在含鉬的單相奧氏體不銹鋼中，相應(yīng)的奧氏體不銹鋼形成元素，如鎳、錳、氮等的含量略有增加，目的是維持其全奧氏體組織。對(duì)于雙相不銹鋼，鉬促成鐵素體，對(duì)提高耐點(diǎn)腐蝕性能和提高抗應(yīng)力腐蝕性能都是有益的。但鉬含量多則會(huì)降低奧氏體型不銹鋼的韌性。 在鉻鎳不銹鋼中加入銅能促使鋼產(chǎn)生彌散硬化組織，提高鋼的熱強(qiáng)性。與鉬配合使用，可進(jìn)一步提高鉻鎳不銹鋼在稀硫酸中的耐蝕性能。列入我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的牌號(hào)鋼板有0Cr18Ni12Mo2Cu2和00Cr18Ni14Mo2Cu2等。4、 錳和氮 錳和氮對(duì)提高不銹鋼的耐蝕性能沒(méi)有直接影響，但它們都是促進(jìn)和穩(wěn)定奧氏體的有效元素，其中氮比錳的作用更為強(qiáng)烈。為了節(jié)省昂貴的鎳的用量，可用它

5、們替代奧氏體型不銹鋼中的一部分鎳。這類(lèi)鋼列入我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的牌號(hào)鋼板有1Cr17Mn6Ni15N和1Cr18Mn8Ni5N。當(dāng)錳含量過(guò)高時(shí)，對(duì)含鉻量較低的不銹鋼的耐蝕性不利，還會(huì)使鑄鋼件產(chǎn)生氣孔，同時(shí)增加硬度，給鋼的冷加工帶來(lái)困難。氮與碳共同作用能提高奧氏體型鋼的熱強(qiáng)性，氮的強(qiáng)化作用在于時(shí)效過(guò)程中形成氮化物和碳氮化物。5、鈦和鈮 它們是比鉻更易與碳結(jié)合形成穩(wěn)定碳化物的元素。在鉻鎳不銹鋼中當(dāng)鈦的加入量大于碳含量的5倍，或者鈮的加入量大于碳含量的8倍時(shí)，可以使絕大部分的碳存在于鈦或鈮的碳化物之中，因而使固溶碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到0.03%以下，這就能保證鉻在鋼中的有效固溶濃度。由于鉻在鋼中有效固溶濃度得到

6、保證，從而改善鋼的抗晶間腐蝕能力。鈮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.5%2.0%，既能提高奧氏體鋼的熱強(qiáng)性，又能提高鋼的持久塑性。鈮在含碳量較低的奧氏體鋼中會(huì)促進(jìn)近縫區(qū)和焊縫金屬產(chǎn)生裂紋，在鉻鎳奧氏體鋼中鈮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在1.0%范圍內(nèi)。這類(lèi)鋼列入我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的牌號(hào)鋼板很多，如0Cr18Ni10Ti和0Cr18Ni11Nb等。二、碳化物的影響碳是一種強(qiáng)烈的碳化物形成元素，在不同溫度段它與鉻能生成多種化合物。在高碳的鑄造耐熱鋼中，共晶碳化物多出現(xiàn)在晶間或枝間，二次碳化則在晶內(nèi)和晶間都有。在通常的變形不銹鋼或耐熱鋼中，若碳在過(guò)飽和情況下，受到適當(dāng)溫度加熱，則會(huì)發(fā)生碳化物析出。這些固溶體層的鉻碳化合物最易于在晶

7、界處生成。若條件適當(dāng)，晶粒邊界會(huì)出現(xiàn)貧鉻（當(dāng)Wcr <12% 時(shí)），即減少了晶界的鉻有效含量，導(dǎo)致鋼的耐腐蝕性能降低。因而碳是降低耐腐蝕性的一種有害元素。在不銹鋼中應(yīng)盡量控制碳的含量，愈少愈好。在我國(guó)不銹鋼的牌號(hào)中，Wc0.08%或0.06%的，稱(chēng)之為低碳不銹鋼，Wc0.03%的謂之超低碳不銹鋼。但是，碳對(duì)提高奧氏體鋼熱強(qiáng)性是有益的。上述合金元素對(duì)鋼的作用不是簡(jiǎn)單的疊加，也不是相互抵消的。它們相互之間有時(shí)會(huì)發(fā)生新的物理化學(xué)作用，往往會(huì)引起強(qiáng)化力學(xué)性能的作用。各種合金元素對(duì)不銹鋼組織結(jié)構(gòu)性能的影響見(jiàn)表1-9，亦可參見(jiàn)圖1-1、圖1-2。從表中可以看出，合金元素對(duì)不銹鋼組織的影響基本上分為三大類(lèi)：第一類(lèi)是形成鐵素體的元素鉻、硅、鋁、鉬、鈦、鈮等；第二類(lèi)是形成奧氏體的形成元素有碳、氮、鎳、錳、銅，其中碳和氮的作用程度最大；第三類(lèi)是形成碳化物的元素有鈮、鈦、碳、鉻、鎢、錳、鉬等。加入銅、鋁、鈦、鈮、氮等元素能促使鋼產(chǎn)生彌散硬化，從而提高鋼的熱強(qiáng)性。各種合金元素對(duì)組織結(jié)構(gòu)和性能的影響合金元素對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響對(duì)性能的影響形成鐵素體形成奧氏體生成碳化物防止晶間腐蝕增加耐腐蝕性提高抗氧化性提高高溫強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)效硬化