不銹鋼的性能與組織

1、不銹鋼銹鋼的性能與的性能與組織組織目前已知的化學(xué)元素有100多種，在工業(yè)中常用的鋼鐵材料中可以遇到的化學(xué)元素約二十多種。對(duì)于人們?cè)谂c腐蝕現(xiàn)象作長(zhǎng)期斗爭(zhēng)的實(shí)踐而形成的不銹鋼這一特殊鋼系列來(lái)說(shuō)，最常用的元素有十幾種，除了組成鋼的基本元素鐵以外，對(duì)不銹鋼的性能與組織影響最大的元素是：碳、鉻、鎳、錳、硅、鉬、鈦、鈮、鈦、錳、氮、銅、鈷等。這些元素中除碳、硅、氮以外，都是化學(xué)元素周期表中位于過(guò)渡族的元素。實(shí)際上工業(yè)上應(yīng)用的不銹鋼都是同時(shí)存在幾種以

2、至十幾種元素的，當(dāng)幾種元素共存于不銹鋼這一個(gè)統(tǒng)一體中時(shí)，它們的影響要比單獨(dú)存在時(shí)復(fù)雜得多，因?yàn)樵谶@種情況下不僅要考慮各元素自身的作用，而且要注意它們互相之間的影響，因此不銹鋼的組織決定于各種元素影響的總和。1)各種元素對(duì)不銹鋼的性能和組織的影響和作用11.鉻在不銹鋼中的決定作用：決定不銹鋼性屬的元素只有一種，這就是鉻，每種不銹鋼都含有一定數(shù)量的鉻。迄今為止，還沒(méi)有不含鉻的不銹鋼。鉻之所以成為決定不銹鋼性能的主要元素，根本的原因是向鋼中添

3、加鉻作為合金元素以后，促使其內(nèi)部的矛盾運(yùn)動(dòng)向有利于抵抗腐蝕破壞的方面發(fā)展。這種變化可以從以下方面得到說(shuō)明：①鉻使鐵基固溶體的電極電位提高②鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化鈍化是由于陽(yáng)極反應(yīng)被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現(xiàn)象。構(gòu)成金屬與合金鈍化的理論很多，主要有薄膜論、吸附論及電子排列論。12.碳在不銹鋼中的兩重性碳是工業(yè)用鋼的主要元素之一，鋼的性能與組織在很大程度上決定于碳在鋼中的含量及其分布的形式，在不銹鋼中碳的影響尤為顯著。碳在不銹

4、鋼中對(duì)組織的影響主要表現(xiàn)在兩方面，一方面碳是穩(wěn)定奧氏體的元素，并且作用的程度很大（約為鎳的30倍），另一方面由于碳和鉻的親和力很大，與鉻形成—系列復(fù)雜的碳化物。所以，從強(qiáng)度與耐腐燭性能兩方面來(lái)看，碳在不銹鋼中的作用是互相矛盾的。認(rèn)識(shí)了這一影響的規(guī)律，我們就可以從不同的使用要求出發(fā)，選擇不同含碳量的不銹鋼。例如工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的，也是最起碼的不銹鋼——0Crl3~4Cr13這五個(gè)鋼號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)含鉻量規(guī)定為12~14％，就是把碳要與鉻形成碳化鉻

5、的因素考慮進(jìn)去以后才決定的，目的即在于使碳與鉻結(jié)合成碳化鉻以后，固溶體中的含鉻量不致低于11.7％這一最低限度的含鉻量。就這五個(gè)鋼號(hào)來(lái)說(shuō)由于含碳量不同，強(qiáng)度與耐腐蝕性能也是有區(qū)別的，0Cr13~2Crl3鋼的耐腐蝕性較好但強(qiáng)度低于3Crl3和4Cr13鋼，多用于制造結(jié)構(gòu)零件，后兩個(gè)鋼號(hào)由于含碳較高而可獲得高的強(qiáng)度多用于制造彈簧、刀具等要求高強(qiáng)度及耐磨的零件。又如為了克服18－8鉻鎳不銹鋼的晶間腐蝕，可以將鋼的含碳量降至0.03％以下，或

6、者加入比鉻和碳親和力更大的元素（鈦或鈮），使之不形成碳化鉻，再如當(dāng)高以上主要的九種元素對(duì)不銹鋼的性能和組織的影響，除這些元素對(duì)不銹鋼性能與組織影響較大的元素以外，不銹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(zhì)元素，如硅、硫、磷等也有的是為了某些特定的目的而加入的，如鈷、硼、硒、稀土元素等。從不銹鋼的耐腐蝕性能這一主要性質(zhì)來(lái)說(shuō)，這些元素相對(duì)于已討論的九種元素，都是非主要方面的，雖然如此，但也不能完全忽略，因?yàn)樗鼈儗?duì)不銹鋼的性能

7、與組織同樣也發(fā)生影響。硅是形成鐵素體的元素，在一般不銹鋼中為常存雜質(zhì)元素。鈷作為合金元素在鋼中應(yīng)用不多，這是因?yàn)殁挼膬r(jià)格高及其在其它方面（如高速鋼、硬質(zhì)合金、鈷基耐熱合金、磁鋼或硬磁合金等）有著更重要的用途。在一般不銹鋼中加鈷作合金元素的也不多，常用不銹鋼如9Crl7MoVCo鋼（含1.21.8％鈷）加鈷，目的并不在于提高耐腐蝕性能而在于提高硬度，因?yàn)檫@種不銹鋼的主要用途是制造切片機(jī)械刃具、剪刀及手術(shù)刀片等。硼：高鉻鐵素體不銹鋼Crl7

8、Mo2Ti鋼中加0005％硼，可使在沸騰的65％醋酸中的耐腐蝕性能提高。加微量的硼（0.0006~0.0007％）可使奧氏體不銹鋼的熱態(tài)塑性改善。少量的硼由于形成低熔點(diǎn)共晶體，使奧氏體鋼焊接時(shí)產(chǎn)生熱裂紋的傾向增大，但含有較多的硼（05~06％）時(shí)，反而可防止熱裂紋的產(chǎn)生。因?yàn)楫?dāng)含有05~06％的硼時(shí)，形成奧氏體－硼化物兩相組織，使焊縫的熔點(diǎn)降低。熔池的凝固溫度低于半溶化區(qū)時(shí)，母材在冷卻時(shí)產(chǎn)生的張應(yīng)力，由處于液態(tài)固態(tài)的焊縫金屬承受，此時(shí)是

9、不致引起裂縫的，即使在近縫區(qū)形成了裂紋，也可以為處于液態(tài)－固態(tài)的熔池金屬所填充。含硼的鉻鎳奧氏體不銹鋼在原子能工業(yè)中有著特殊的用途。磷：在一般不銹鋼中都是雜質(zhì)元素，但其在奧氏體不銹鋼中的危害性不像在一般鋼中那樣顯著，故含量可允許高一些，如有的資料提出可達(dá)006％，以利于冶煉控制。個(gè)別的含錳的奧氏體鋼的含磷量可達(dá)006％（如2Crl3NiMn9鋼）以至0.08％（如Cr14Mnl4Ni鋼）。利用磷對(duì)鋼的強(qiáng)化作用，也有加磷作為時(shí)效硬化不銹鋼

10、的合金元素，PH17－10P鋼(含025％磷)乃PH－HNM鋼（含030磷）等。硫和硒：在一般不銹鋼中也是常有雜質(zhì)元素。但向不銹鋼中加02~04％的硫，可提高不銹鋼的切削性能，硒也具有同樣的作用。硫和硒提高不銹鋼的切削性能，是因?yàn)樗鼈兘档筒讳P鋼的韌性，例如一般18－8鉻鎳不銹鋼的沖擊值可達(dá)30公斤厘米2。含031％硫的18－8鋼（0084％C、1815％Cr、925％Ni）的沖擊值為18公斤平方厘米；含0。22％硒的18－8鋼（0094

11、％C、184％Cr、9％Ni）的沖擊值為324公斤平方厘米。硫與硒均降低不銹鋼的耐腐蝕性能，所以實(shí)際應(yīng)用它們作為不銹鋼的合金化元素的很少。稀土元素：稀土元素應(yīng)用于不銹鋼，目前主要在于改善工藝性能方面。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起的氣泡和減少鋼坯中的裂紋。奧氏體和奧氏體－鐵素體不銹鋼中加002~05％的稀土元素（鈰鑭合金），可顯著改善鍛造性能。曾有一種含195%鉻、23％鎳以及鉬銅錳