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不鏽鋼所含元素

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:851时间:2019-11-22

目前已知的化學元素有100多種,在產業中常用的鋼鐵材料中可以碰到的化學元素約二十多種。對於人們在與腐蝕現象作長期鬥爭的實踐而形成的不鏽鋼這一特殊鋼係列來說,最常用的元素有十幾種,除了構成鋼的基本元素鐵以外,對不鏽鋼的性能與組織影響最大的元素是:碳、鉻、鎳、錳、矽、鉬、鈦 、铌、鈦、錳、氮、銅、鈷等。這些元素中除碳、矽、氮以外 ,都是化學元素周期表中位於過渡族的元素。   實際上產業上利用的不鏽鋼都是同時存在幾種乃至十幾種元素的,當幾種元素共存於不鏽鋼這一個同一體中時 ,它們的影響要比單獨存在時複雜得多 ,由於在這類情況下不僅要考慮各元素本身的感化,而且要重視它們互相之間的影響,是以不鏽鋼的組織決定於各種元素影響的總和。 一.各種元素對不鏽鋼的性能和組織的影響和感化 1.鉻在不鏽鋼中的決定感化: 決定不鏽鋼性屬的元素隻有一種,這就是鉻,每種不鏽鋼都含有一定數目的鉻 。迄今為止,還沒有不含鉻的不鏽鋼。鉻之所以成為決定不鏽鋼性能的首要元素,根本的啟事是向鋼中添加鉻作為合金元素今後,促使其內部的矛盾活動向有益於抵抗腐蝕破壞的方麵發展。這類變化可以從以下方麵得到說明: ①鉻使鐵基固溶體的電極電位進步 ②鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化 鈍化是由於陽極反應被禁止而引發金屬與合金耐腐蝕性能被進步的現象。構成金屬與合金鈍化的理論很多,首要有薄膜論、吸附論及電子排列論。 2.碳在不鏽鋼中的兩重性  碳是產業用鋼的首要元素之一,鋼的性能與組織在很大程度上決定於碳在鋼中的含量及其分布的形式,在不鏽鋼中碳的影響尤其明顯。碳在不鏽鋼中對組織的影響首要表現在兩方麵,一方麵碳是穩定奧氏體的元素,並且感化的程度很大(約為鎳的30倍),另一方麵由於碳和鉻的親和力很大,與鉻形成—係列複雜的碳化物 。所以 ,從強度與耐腐燭性能兩方麵來看 ,碳在不鏽鋼中的感化是互相矛盾的。   熟悉了這一影響的規律,我們就可以從不同的使用要求出發,選擇不同含碳量的不鏽鋼。 例如產業中利用最廣泛的,也是最最少的不鏽鋼——0Crl3~4Cr13這五個鋼號的標準含鉻量規定為12~14%,就是把碳要與鉻形成碳化鉻的身分考慮進往今後才決定的,目的即在於使碳與鉻結合成碳化鉻今後,固溶體中的含鉻量不致低於11.7%這一最低限度的含鉻量。 就這五個鋼號來說由於含碳量不同,強度與耐腐蝕性能也是有區別的,0Cr13~2Crl3鋼的耐腐蝕性較好但強度低於3Crl3和4Cr13鋼,多用於製造結構零件,後兩個鋼號由於含碳較高而可獲得高的強度多用於製造彈簧、刀具等要求高強度及耐磨的零件。又如為了克服18-8鉻鎳不鏽鋼的晶間腐蝕,可以將鋼的含碳量降至0.03%以下,或者加進比鉻和碳親和力更大的元素(鈦或铌),使之不形成碳化鉻 ,再如當高硬度與耐磨性成為首要要求時,我們可以在增加鋼的含碳量的同時適當地進步含鉻量,做到既滿足硬度與耐磨性的要求,又兼顧—定的耐腐蝕功能,產業上用作軸承 、量具與刃具有不鏽鋼9Cr18和9Cr17MoVCo鋼,含碳量雖高達0.85~0.95%,由於它們的含鉻量也相應地進步了,所以仍保證了耐腐蝕的要求。   總的來講,目前產業中獲得利用的不鏽鋼的含碳量都是比較低的,大多數不鏽鋼的含碳量在0.1~0.4%之間,耐酸鋼則以含碳0.1~0.2%的居多。含碳量大於0.4%的不鏽鋼僅占鋼號總數的一小部分,這是由於在大多數使用條件下,不鏽鋼總是以耐腐蝕為首要目的。此外,較低的含碳量也是出於某些工藝上的要求,如易於焊接及冷變形等。 3.鎳在不鏽鋼中的感化是在與鉻配合後才發揮出來的   鎳是良好的耐腐蝕材料,也是合金鋼的首要合金化元素。鎳在鋼中是形成奧氏體的元素,但低碳鎳鋼要獲得純奧氏體組織,含鎳量要達到24%;而隻有含鎳27%時才使鋼在某些介質中的耐腐蝕性能明顯改變。所以鎳不能單獨構成不鏽鋼 。但是鎳與鉻同時存在於不鏽鋼中時,含鎳的不鏽鋼卻具有很多可貴的性能。   基於上麵的情況可知,鎳作為合金元素在不鏽鋼中的感化,在於它使高鉻鋼的組織發生變化 ,從而使不鏽鋼的耐腐蝕性能及工藝性能獲得某些改善。 4.錳和氮可以代替鉻鎳不鏽鋼中鎳   鉻鎳奧氏體鋼的優點固然很多,但近幾十年來由於鎳基耐熱合金與含鎳20%以下的熱強鋼的大量發展與利用,和化學產業日益發展對不鏽鋼的需要量愈來愈大,而鎳的礦躲量較少且又集平分布在少數地區,是以活著界範圍內出現了鎳在供和需方麵的矛盾 。所以在不鏽鋼與很多其他合金領域(如大型鑄鍛件用鋼、工具鋼、熱強鋼等)中,特別是鎳的資本比較缺乏的國家,廣泛地開展了節鎳和以其他元素代鎳的科學研究與生產實踐 ,在這方麵研究和利用比較多的是以錳和氮來代替不鏽鋼與耐熱鋼中的鎳。   錳對於奧氏體的感化與鎳相似。但說得確切一些,錳的感化不在於形成奧氏體,而是在於它降低鋼的臨界淬火速度,在冷卻時增加奧氏體的穩定性,抑製奧氏體的分解,使高溫下形成的奧氏體得以保持到常溫。在進步鋼的耐腐蝕性能方麵,錳的感化不大,如鋼中的含錳量從0到10.4%變化,也不使鋼在空氣與酸中的耐腐蝕性能發生明顯的改變。這是由於錳對進步鐵基固溶體的電極電位的感化不大,形成的氧化膜的防護感化也很低 ,所以產業上雖有以錳合金化的奧氏體鋼(如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13鋼等),但它們不能作為不鏽鋼使用。錳在鋼中穩定奧氏體的感化約為鎳的二分之一,即2%的氮在鋼中的感化也是穩定奧氏體,並且感化的程度比鎳還要大。例如 ,欲使含18%鉻的鋼在常溫下獲得奧氏體組織,以錳和氮代鎳的低鎳不鏽鋼與元鎳的鉻錳氮不誘鋼,目前已在產業中獲得利用,有的已成功地代替了經典的18-8鉻鎳不鏽鋼。 5.不鏽鋼中加鈦或铌是為了防止晶間腐蝕。 6.鉬和銅可以進步某些不鏽鋼的耐腐蝕性能。 7.其他元素對不鏽鋼的性能和組織的影響   以上首要的九種元素對不鏽鋼的性能和組織的影響,除這些元素對不鏽鋼性能與組織影響較大的元素以外,不鏽鋼中還含有一些其他的元素。有的是和一般鋼一樣為常存雜質元素,如矽、硫、磷等.也有的是為了某些特定的目的而加進的,如鈷、硼、硒、稀土元素等。從不鏽鋼的耐腐蝕性能這一首要性質來說,這些元素相對於已討論的九種元素 ,都是非首要方麵的,固然如此,但也不能完全忽略,由於它們對不鏽鋼的性能與組織同樣也發生影響。   矽是形成鐵素體的元素,在一般不鏽鋼中為常存雜質元素。     鈷作為合金元素在鋼中利用未幾,這是由於鈷的價格高及其在其它方麵(如高速鋼、硬質合金、鈷基耐熱合金 、磁鋼或硬磁合金等)有著更首要的用處。在一般不鏽鋼中加鈷作合金元素的也未幾,常用不鏽鋼如9Crl7MoVCo鋼(含1.2-1.8%鈷)加鈷,目的並不在於進步耐腐蝕性能而在於進步硬度,由於這類不鏽鋼的首要用處是製造切片機械刃具、剪刀及手術刀片等。  硼:高鉻鐵素體不鏽鋼Crl7Mo2Ti鋼中加0.005%硼,可使在沸騰的65%醋酸中的耐腐蝕性能進步。加微量的硼(0.0006~0.0007%)可使奧氏體不鏽鋼的熱態塑性改善 。少量的硼由於形成低熔點共晶體,使奧氏體鋼焊接時產生熱裂紋的傾向增大,但含有較多的硼(0.5~0.6%)時,反而可防止熱裂紋的產生 。由於當含有0.5~0.6%的硼時,形成奧氏體-硼化物兩相組織,使焊縫的熔點降低。熔池的凝固溫度低於半溶化區時,母材在冷卻時產生的張應力,由處於液態.固態的焊縫金屬承受,此時是不致引發裂縫的,即使在近縫區形成了裂紋,也可覺得處於液態-固態的熔池金屬所填充。含硼的鉻鎳奧氏體不鏽鋼在原子能產業中有著特殊的用處。  磷:在一般不鏽鋼中都是雜質元素,但其在奧氏體不鏽鋼中的危害性不像在一般鋼中那樣明顯,故含量可許可高一些,如有的資料提出可達0.06% ,以利於冶煉控製。個別的含錳的奧氏體鋼的含磷量可達0.06%(如2Crl3NiMn9鋼)乃至0.08%(如Cr14Mnl4Ni鋼) 。利用磷對鋼的強化感化,也有加磷作為時效硬化不鏽鋼的合金元素 ,PH17-10P鋼(含0.25%磷)乃PH-HNM鋼(含0.30磷)等 。   硫和硒:在一般不鏽鋼中也是常有雜質元素。但向不鏽鋼中加0.2~0.4%的硫,可進步不鏽鋼的切削性能,硒也具有同樣的感化。硫和硒進步不鏽鋼的切削性能,是由於它們降低不鏽鋼的韌性 ,例如一般18-8鉻鎳不鏽鋼的衝擊值可達30公斤/厘米2。含0.31%硫的18-8鋼(0.084%C、18.15%Cr、9.25%Ni)的衝擊值為1.8公斤/平方厘米;含0。22%硒的18-8鋼(0.094%C、18.4%Cr、9%Ni)的衝擊值為3.24公斤/平方厘米。硫與硒均降低不鏽鋼的耐腐蝕性能,所以實際利用它們作為不鏽鋼的合金化元素的很少。   稀土元素:稀土元素利用於不鏽鋼,目前首要在於改善工藝性能方麵。如向Crl7Ti鋼和Cr17Mo2Ti鋼中加少量的稀土元素,可以消除鋼錠中因氫氣引發的氣泡和減少鋼坯中的裂紋。奧氏體和奧氏體-鐵素體不鏽鋼中加0.02~0.5%的稀土元素(鈰鑭合金),可明顯改善鑄造性能。曾有一種含19.5%鉻、23%鎳和鉬銅錳的奧氏體鋼,由於熱加工工藝性能在過往隻能生產鑄件,加稀土元素後則可軋製成各種型材。

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