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        1. 各種元素對不銹鋼性能和組織的影響及作用
          來(lái)源: admin   發(fā)布時(shí)間: 2015-01-08   2079 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px

            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。對于人們在與腐蝕現象作長(cháng)期斗爭的實(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)上應用的不銹鋼都是同時(shí)存在幾種以至十幾種元素的,當幾種元素共存于不銹鋼這一個(gè)統一體中時(shí),它們的影響要比單獨存在時(shí)復雜得多,因為在這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).各種元素對不銹鋼的性能和組織的影響和作用

          1-1.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加鉻作為合金元素以后,促使其內部的矛盾運動(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)極反應被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現象。構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。

          1-2.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(zhù)。碳在不銹鋼中對組織的影響主要表現在兩方面,一方面碳是穩定奧氏體的元素,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—系列復雜的碳化物。所以,從強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。

          認識了這一影響的規律,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)中應用最廣泛的,也是最起碼的不銹鋼——0Crl3~4Cr13這五個(gè)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因素考慮進(jìn)去以后才決定的,目的即在于使碳與鉻結合成碳化鉻以后,固溶體中的含鉻量不致低11.7%這一最低限度的含鉻量。

          就這五個(gè)鋼號來(lái)說(shuō)由于含碳量不同,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于3Crl3和4Cr13鋼,多用于制造結構零件,后兩個(gè)鋼號由于含碳較高而可獲得高的強度多用于制造彈簧、刀具等要求高強度及耐磨的零件。又如為了克服18-8鉻鎳不銹鋼的晶間腐蝕,可以將鋼的含碳量降至0.03%以下,或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,再如當高硬度與耐磨性成為主要要求時(shí),我們可以在增加鋼的含碳量的同時(shí)適當地提高含鉻量,做到既滿(mǎn)足硬度與耐磨性的要求,又兼顧—定的耐腐蝕功能,工業(yè)上用作軸承、量具與刃具有不銹鋼9Cr18和9Cr17MoVCo鋼,含碳量雖高達0.85~0.95%,由于它們的含鉻量也相應地提高了,所以仍保證了耐腐蝕的要求。

          總的來(lái)講,目前工業(yè)中獲得應用的不銹鋼的含碳量都是比較低的,大多數不銹鋼的含碳量在0.1~0.4%之間,耐酸鋼則以含碳0.1~0.2%的居多。含碳量大于0.4%的不銹鋼僅占鋼號總數的一小部分,這是因為在大多數使用條件下,不銹鋼總是以耐腐蝕為主要目的。此外,較低的含碳量也是出于某些工藝上的要求,如易于焊接及冷變形等。

          1-3.鎳在不銹鋼中的作用是在與鉻配合后才發(fā)揮出來(lái)。

          鎳是優(yōu)良的耐腐蝕材料,也是合金鋼的重要合金化元素。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%;而只有含鎳27%時(shí)才使鋼在某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能顯著(zhù)改變。所以鎳不能單獨構成不銹鋼。但是鎳與鉻同時(shí)存在于不銹鋼中時(shí),含鎳的不銹鋼卻具有許多可貴的性能?;谏厦娴那闆r可知,鎳作為合金元素在不銹鋼中的作用,在于它使高鉻鋼的組織發(fā)生變化,從而使不銹鋼的耐腐蝕性能及工藝性能獲得某些改善。

             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。對于人們在與腐蝕現象作長(cháng)期斗爭的實(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)上應用的不銹鋼都是同時(shí)存在幾種以至十幾種元素的,當幾種元素共存于不銹鋼這一個(gè)統一體中時(shí),它們的影響要比單獨存在時(shí)復雜得多,因為在這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).各種元素對不銹鋼的性能和組織的影響和作用

          1-1.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加鉻作為合金元素以后,促使其內部的矛盾運動(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)極反應被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現象。構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。

          1-2.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(zhù)。碳在不銹鋼中對組織的影響主要表現在兩方面,一方面碳是穩定奧氏體的元素,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—系列復雜的碳化物。所以,從強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。

          認識了這一影響的規律,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)中應用最廣泛的,也是最起碼的不銹鋼——0Crl3~4Cr13這五個(gè)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因素考慮進(jìn)去以后才決定的,目的即在于使碳與鉻結合成碳化鉻以后,固溶體中的含鉻量不致低11.7%這一最低限度的含鉻量。

          就這五個(gè)鋼號來(lái)說(shuō)由于含碳量不同,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于3Crl3和4Cr13鋼,多用于制造結構零件,后兩個(gè)鋼號由于含碳較高而可獲得高的強度多用于制造彈簧、刀具等要求高強度及耐磨的零件。又如為了克服18-8鉻鎳不銹鋼的晶間腐蝕,可以將鋼的含碳量降至0.03%以下,或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,再如當高硬度與耐磨性成為主要要求時(shí),我們可以在增加鋼的含碳量的同時(shí)適當地提高含鉻量,做到既滿(mǎn)足硬度與耐磨性的要求,又兼顧—定的耐腐蝕功能,工業(yè)上用作軸承、量具與刃具有不銹鋼9Cr18和9Cr17MoVCo鋼,含碳量雖高達0.85~0.95%,由于它們的含鉻量也相應地提高了,所以仍保證了耐腐蝕的要求。

          總的來(lái)講,目前工業(yè)中獲得應用的不銹鋼的含碳量都是比較低的,大多數不銹鋼的含碳量在0.1~0.4%之間,耐酸鋼則以含碳0.1~0.2%的居多。含碳量大于0.4%的不銹鋼僅占鋼號總數的一小部分,這是因為在大多數使用條件下,不銹鋼總是以耐腐蝕為主要目的。此外,較低的含碳量也是出于某些工藝上的要求,如易于焊接及冷變形等。

          1-3.鎳在不銹鋼中的作用是在與鉻配合后才發(fā)揮出來(lái)。

          鎳是優(yōu)良的耐腐蝕材料,也是合金鋼的重要合金化元素。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%;而只有含鎳27%時(shí)才使鋼在某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能顯著(zhù)改變。所以鎳不能單獨構成不銹鋼。但是鎳與鉻同時(shí)存在于不銹鋼中時(shí),含鎳的不銹鋼卻具有許多可貴的性能?;谏厦娴那闆r可知,鎳作為合金元素在不銹鋼中的作用,在于它使高鉻鋼的組織發(fā)生變化,從而使不銹鋼的耐腐蝕性能及工藝性能獲得某些改善。

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