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合金元素對不銹鋼組織和性能的影響

發布日期:2021-04-08 14:49瀏覽次數:
 不銹鋼的分類
1、按化學成分可分為:鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼、鉻錳不銹鋼、鉻鎳鉬不銹鋼以及超低碳不銹鋼、高鉬不銹鋼、高純不銹鋼等。
2、按金相組織可分為:馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體一鐵素體不銹鋼等。
3、按鋼的性能特點和用途分:如耐硝酸不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐點蝕不銹鋼、耐應力不銹鋼、高強度不銹鋼等。
4、按鋼的功能特點分:如低溫不銹鋼、無磁不銹鋼、易切削不銹鋼,超塑性不銹鋼等。

合金元素對不銹鋼耐腐蝕性的影響
1、鉻
        鉻是決定不銹鋼耐蝕性的主要元素,鉻元素是α穩定化元素。鉻的氧化物比較致密,可形成耐蝕的保護膜。
2、碳
        碳能強烈地穩定奧氏體,同時又是不銹鋼強化的主要元素;碳與鉻能形成一系列碳化物,使不銹鋼的耐蝕性受到嚴重影響;同時碳會使不銹鋼的加工性能和焊接性能變壞,使鐵素體不銹鋼變脆,因此在不銹鋼的生產中和開發中,碳的應用和控制是一項重要的工作。
3、鎳
       鎳是不銹鋼中3個重要元素之一,鎳能夠提高不銹鋼的耐蝕性;鎳還是γ相穩定化元素,是不銹鋼中獲得單相奧氏體和促進奧氏體形成的主要元素。
       鎳含量的增加會降低C、N在奧氏體鋼中的溶解度,隨著鎳含量的提高,產生晶間腐蝕的臨界含碳量降低,即鋼的晶間腐蝕敏感性增加。此外,鎳還可以提高奧氏體不銹鋼的高溫抗氧化性能,這主要與鎳改善鉻的氧化膜的成分、結構和性能有關,但鎳的存在會降低鋼的抗高溫硫化性能。
4、錳
       錳是比較弱的奧氏體形成元素,但具有強烈穩定奧氏體組織的作用。錳在奧氏體不銹鋼中部分替代Ni,2%Mn相當1%Ni。錳也能提高鉻不銹鋼在有機酸中的耐蝕性,而且比鎳更有效。
5、氮
       氮元素在早期主要用于Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N奧氏體不銹鋼中,以節約Ni元素。近年來氮已經成為Cr-Ni奧氏體不銹鋼的重要元素。
       在奧氏體不銹鋼中加入氮,可以穩定奧氏體組織,提高強度、耐腐蝕性能,特別是局部耐腐蝕性能,如耐晶間腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕等。
       目前應用的含氮奧氏體不銹鋼主要以耐腐蝕為主,同時具有較高的強度;可以分為控氮型(0.05%~0.10%N)、中氮型(0.10%~0.50%N)和高氮型(0.40%以上N)3種類型。
6、鈦、鈮、鉬及稀土元素
       鈦和鈮是強碳化物形成元素,可優先于鉻同碳形成碳化物,防止晶間腐蝕,提高耐蝕性。鈦和鈮的加入必須與鋼中的碳保持一定的比例。
       鉬能提高不銹鋼的鈍化能力,擴大其鈍化介質范圍,含鉬的鈍化膜在許多介質中具有很高的穩定性,不易溶解,如在熱硫酸、稀鹽酸、磷酸和有機酸中。
       稀土元素如Ce、La、Y等加入到不銹鋼中,可以微量固溶在基體中,凈化晶界,均勻組織,減少析出物的析出及在晶界的偏聚,從而改善鋼的耐腐蝕性和力學性能。

腐蝕介質對不銹鋼耐蝕性的影響
       金屬的耐蝕性不僅與金屬材料本身有關,還與腐蝕介質的種類、濃度、溫度及壓力等腐蝕環境的條件有關。在實際的應用中,腐蝕介質的氧化能力影響最大,因此要根據工作介質的特點來正確選擇使用不銹鋼的鋼種。
       在大氣、水、水蒸氣等弱腐蝕介質中,只要不銹鋼基體的Cr含量大于13%,就能夠保證不銹鋼的耐蝕性。如水壓機閥門、蒸汽發電機透平葉片、水蒸氣管道等部件。
       在氧化性介質中,如硝酸,硝酸的NO3-具有強的氧化性,不銹鋼表面的氧化膜容易形成,鈍化時間短。因此只有含高鉻的氧化膜在硝酸中才具有很好的穩定性。在沸騰的硝酸中,12Cr13不銹鋼不耐蝕,鉻含量為17%~30%的Cr17、Cr30鋼在濃度為0%~65%范圍內的硝酸中是耐蝕的。
       在非氧化性介質中,如稀硫酸、鹽酸、有機酸,這類腐蝕介質的含氧量低,鈍化所需時間要延長。當介質中含氧量低到一定程度時,不銹鋼就不能鈍化。如在稀硫酸中,基本上沒有使鋼鈍化的能力,鉻不銹鋼的腐蝕速度甚至比碳鋼還快,所以一般的Cr不銹鋼或Cr-Ni不銹鋼難以達到鈍化狀態,因而不耐腐蝕。因此,在這類介質中工作的不銹鋼需要加入提高鋼鈍化能力的元素,如鉬、銅等元素。鹽酸也是非氧化性酸,不銹鋼在其中也不耐腐蝕,一般需采用Ni-Mo合金,在合金表面生成穩定的保護膜,保證合金不被腐蝕。
       在強有機酸中,由于介質中氧含量低,同時又有H+存在,一般鉻和鉻鎳不銹鋼難以鈍化,必須在鋼中加入Mo、Cu、Mn等元素,提高不銹鋼的鈍化能力。所以選擇Cr-Mn型不銹鋼較好,在此基礎上再加入一定量的Mo、Cu使鋼容易鈍化,耐腐蝕。
       在含有Cl-的介質中,Cl-容易破壞不銹鋼表面的氧化膜,穿過氧化膜并與鋼表面起作用,使鋼產生點腐蝕。因此海水對不銹鋼有很大的腐蝕性。
       實際上,還沒有哪一種不銹鋼能夠抵抗所有介質的腐蝕。所以必須根據具體的腐蝕環境,結合各類不銹鋼的特點,綜合考慮選擇不銹鋼。

合金元素對不銹鋼組織和性能的影響
 
注:——強作用,?——中等作用,▲——弱作用
400-6801-299
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