合金元素對不銹鋼組織和性能的影響 發(fā)布日期：2021-04-08 15:05:29 文章來源：萊雷科技
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(wěn)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(wěn)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(chǎn)中和開發(fā)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(wěn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(wěn)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(jié)約Ni元素。近年來氮已經(jīng)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(wěn)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(yōu)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(zhì)范圍，含鉬的鈍化膜在許多介質(zhì)中具有很高的穩(wěn)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(zhì)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(zhì)的種類、濃度、溫度及壓力等腐蝕環(huán)境的條件有關。在實際的應用中，腐蝕介質(zhì)的氧化能力影響最大，因此要根據(jù)工作介質(zhì)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(zhì)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(fā)電機透平葉片、水蒸氣管道等部件。
在氧化性介質(zhì)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(wěn)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(nèi)的硝酸中是耐蝕的。
在非氧化性介質(zhì)中，如稀硫酸、鹽酸、有機酸，這類腐蝕介質(zhì)的含氧量低，鈍化所需時間要延長。當介質(zhì)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(tài)，因而不耐腐蝕。因此，在這類介質(zhì)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(wěn)定的保護膜，保證合金不被腐蝕。
在強有機酸中，由于介質(zhì)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(zhì)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(chǎn)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(zhì)的腐蝕。所以必須根據(jù)具體的腐蝕環(huán)境，結(jié)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：口——強作用，?——中等作用，▲——弱作用
