各種元素對不鏽鋼的影響

鉻的影響
鉻是奧氏體不鏽鋼中最主要的合金元素,奧氏體不鏽鋼的不鏽性和耐蝕性的獲得主要是由于在會質作用下,鉻促進了鋼的鈍化並使鋼保持穩定鈍態的結果。○1鉻對組織的影響:在奧氏體不鏽鋼中,鉻是強烈形成並穩定鐵體的元素,縮小奧氏體區,隨著鋼中含量增加,奧氏體不鏽鋼中可出現鐵素體(δ)組織,研究表明,在鉻鎳奧氏體不鏽鋼中,當碳含量爲0.1%,鉻含量爲18%時,爲獲得穩定的單一奧氏體組織,所需鎳含量最低,約爲8%,就這一點而言,常用的18Cr—8Ni型鉻鎳奧氏體不鏽鋼是含鉻,鎳量配比最爲適宜的一種。有奧氏體不鏽鋼中,隨著鉻含量的增加,一些金屬間相(比如δ相)的形成傾向增大,當鋼中含有钼時,鉻含含量會增加還會χ相等的形成,如前所述,σ,χ相的析出不僅顯著降低鋼的塑性和韌性,而且在一些條件下還降低鋼的耐蝕性,奧氏體不鏽鋼中鉻含量的提高可使馬氏體轉烴溫度(Ms)下降,從而提高奧氏體基體的穩定性。因此高鉻(比如超過20%)奧氏體不鏽鋼即使經過冷加工和低溫處理也很難獲得馬氏體組織。
鉻是強碳化物形成元素,在奧氏體不鏽鋼中也不例外,奧氏體不鏽鋼中常見的鉻碳化物有Cr23C6;當鋼中含有钼或鉻時,還可見到期Cr6C等碳化物,它們的形成在某些條件下對鋼的性能會産生重要影響。○2鉻對性能的影響:一般來說,只要奧氏體不鏽鋼保持完全奧氏體組織而沒有δ鐵素體等的形成,僅提高鋼中鉻含量不會對力學性能有顯著影響,鉻對奧氏體不鏽鋼性能影響最大的是耐蝕性,主要表現爲:鉻提高鋼的耐氧化性介質和酸性氯化物介質的性能;在鎳以及钼和銅複合作用下,鉻提高鋼耐一些還原性介質,有機酸,尿素和堿介質的性能;鉻還提高鋼耐局部腐蝕,比如晶間腐蝕。點腐蝕,縫隙腐蝕以及某此條件下應力腐蝕的性能。對奧氏體不鏽鋼晶間腐蝕敏感性影響最大的因素是鋼中碳含量,其他元素對晶間腐蝕的作用主要視其對碳化物的溶解和沈澱行爲的影響而定,在奧氏體不鏽鋼中,鉻能增大碳的溶解度而降低鉻的貧化度,因而提高鉻含量對奧氏體不鏽鋼的耐晶間腐蝕是有益,鉻非常有效地改善奧氏體不鏽鋼的耐點腐蝕及縫隙腐蝕性能,當鋼中同時有钼或钼及氮存在時,鉻的這種有效性大加強,雖然根據研究钼的耐點腐蝕及縫隙腐蝕的能力爲鉻的3倍左右,氮爲鉻的30倍,但是大量研究,奧氏體不鏽鋼中如果沒有鉻或者鉻含量較低,钼及氮的耐點腐蝕與縫隙腐蝕作用便會喪失或不夠顯著。
鉻對奧氏體不鏽鋼的耐應力腐蝕性能的作用,隨實驗介質條件及實際使用環境而異,在MgCl2沸騰溶液中,鉻的作用一般是有害的,但是在含Cl-和氧的水介質,高溫高壓水以及點腐蝕爲起源的應力腐蝕條件下,提高鋼中鉻含量則對耐應力腐蝕有利,同時,鉻還可防止奧氏體不鏽鋼及合金中由于鎳含量提高而容易出現的晶間型應力腐蝕的傾向,對開裂性(NaOH)應力腐蝕,鉻的作用也是有益的,鉻除對奧氏體不鏽鋼耐蝕性有重要影響外,還能顯著提高該類鋼的抗氧化,抗硫化和抗融鹽腐蝕等性能。
鎳的影響
1 镍对组织的影响
鎳是強烈穩定奧氏體且擴大奧氏體相區的元素,爲了獲得單一的奧氏體組織,當鋼中含有0.1%碳和18%鉻時所需的最低鎳含量約爲8%,這便是最著名18-8鉻鎳奧氏體不鏽鋼的基本分,奧氏體不鏽鋼中,隨著鎳含量的增加,殘余的鐵素體可完全消除,並顯著降低σ相形成的傾向;同時馬氏體轉烴溫度降低,甚至可不出現λ→M相變,但是鎳含量的增加會降低碳在奧氏體不鏽鋼中的溶解度,從而使碳化物析出傾向增強。
2 镍对性能的影响
鎳對奧氏體不鏽鋼特別是對鉻鎳奧氏體不鏽鋼力學性能的影響,主要是由鎳對奧氏體穩定性的影響來決定,在鋼中可能發生馬氏體轉變的鎳含量範圍內,隨著鎳含量的增加,鋼的強度降低而塑性提高,具有穩定奧氏體組織的鉻鎳奧氏體不鏽鋼韌性(包括極低溫韌性)非常優良,因而可作爲低溫鋼使用,這是衆所周知的,對于具有穩定奧氏體組織的鉻錳奧氏體不鏽鋼,鎳的加入可進一步改善其韌性。鎳還可顯著降低奧氏體不鏽鋼的冷加工硬化傾向,這主要是由于奧氏體穩定性增大,減少以至消除了冷加工過程中的馬氏體轉變,同時對奧氏體本身的冷加工硬化作用不太明顯,不鏽鋼冷加工硬化傾向的影響,鎳降低奧氏體不鏽鋼冷加工硬化速率,與降低鋼的室溫及低溫強度,提高塑性的作用,決定了鎳含量的提高有利于奧氏體不鏽的冷加工成形性能,提高鎳含量還可減少以至消除18-8和17-14-2型鉻鎳奧氏體不鏽鋼中的δ鐵素體,從而提高其熱加工性能,但是,δ鐵素體的減少對這些鋼種的可焊接性不利會增大焊接熱裂紋絲傾向,此外,鎳還可顯著提高鉻錳氮(鉻錳鎳氮)奧氏體不鏽鋼的熱加工性能,從而顯著提高鋼的成材率,在奧氏體不鏽鋼中,鎳的加入以及隨著鎳含量的提高,導致鋼的熱力學穩定性增加,因此奧氏體不鏽鋼具有更好的不鏽性和耐氧化性介質的性能,且隨著鎳含量增加,耐還原性介質的性能進一步得到改善.值得指出,鎳還是提高奧氏體不鏽耐許多介質穿晶型應力腐蝕的唯一重要元素,在各種酸介質中鎳對奧氏體不鏽鋼耐蝕性能的影響,需要指出,在高溫高壓水中的一些條件下,鎳含量的提高導致鋼和合金的晶間型應力腐蝕敏感性增加,但是這種不利作用會由于鋼及合金中鉻含量的提高而獲得減輕或受到抑制.隨磁卡奧氏體不鏽鋼中鎳含量的提高,其産生晶間腐蝕的臨界碳含量降低,即鋼的晶間腐蝕敏感性增加,至于對奧氏體不鏽鋼耐點腐蝕及縫隙腐蝕的性能,鎳的作用並不顯著,此外,鎳還提高奧氏體不鏽鋼的高溫抗氧化性能,這主要與鎳改善了鉻的氧化膜的成分,結構和性能降低,並且鎳含量越高越有害,這主要是由于鋼中晶界處低熔點硫化鎳所致,一般來說,簡單的鉻鎳(及鉻錳氮)奧氏體不鏽鋼僅用于要求不鏽性和耐氧化性介質(比如硝酸等)的使用條件下,钼作爲奧氏體不鏽鋼中的重要合金元素加入到鋼中使其使用範圍進一步擴大,钼的作用主要是提高鋼在還原性介質
钼的影響
1 钼对组织的影响
钼和鉻都是形成和穩定鐵素體並擴大鐵素體相區的元素,钼形成鐵素體的能力與鉻相當。钼還促進奧氏體不鏽鋼中金屬間相,比如σ相,κ相,和Laves相等的沈澱,對鋼的耐蝕性和力學性能都會産生不利影響,特別是導致塑性,韌性下降。爲使奧氏體不鏽鋼保持單一的奧氏體組織,隨著鋼中钼含量的增加,奧氏體形成元素(鎳,氮及錳等)的含量也要相應提高,以保持鋼中鐵素體與奧氏體形成元素之間的平衡。
2 钼对性能的影响
钼對奧氏體不鏽鋼的氧化作用不顯著,因此當鉻鎳奧氏體不鏽鋼保持單一的奧氏體組織且無金屬間析出時,钼的加入對其室溫力學性能影響不大,但是,隨著钼含量的增加,鋼的高溫強度提高,比如持久,蠕變等性能均獲較大改善,因此含钼不鏽鋼也常在高溫下應用,然而,钼的加入使鋼的高溫變形抗力增大,加之鋼中常常存在少量δ鐵素體因而含钼不鏽鋼的熱衷加工性比不含钼鋼爲差,而且钼含量越高,熱加工性能越壞,另外,含钼奧氏體不鏽鋼中容易發生κ(σ)相沈澱,這將顯著惡化鋼的塑性和韌性,因此在含钼奧氏體不鏽鋼的生産,設備制造和應用過程中,要注意防止鋼中金屬間相的形成,雖然钼作用爲合金元素對奧氏體不鏽鋼耐還原性介質,面點腐蝕及縫隙腐蝕的原因尚不完全清楚,但大量實驗已指出,钼的耐蝕作用僅相當鋼中含有較高量的鉻時才有效,钼主要是強化鋼中鉻的耐蝕作用,與此同時,钼形成酸鹽後的緩蝕作用也已爲實驗所證實,在耐高濃氯化物溶液的應力腐蝕方面,雖然钼作爲合金元素對奧氏體不鏽鋼耐還原性介質,耐點腐蝕及縫隙腐蝕的原因尚不完全清楚,但大量實驗已指出,钼的作用僅當鋼中含有較高量的鉻時才有效,钼主要是強化鋼中鉻的耐蝕作用,與此同時,钼形成钼酸鹽後的緩沖作用也已爲實驗所證實,在耐高濃氯化物沈淪的應力腐蝕方面,雖然一此實驗指同。3#以下的钼對奧氏體不鏽鋼的耐應力腐蝕性能有害,但是由于常見鉻鎳奧氏體不鏽鋼多在含有微量氯化物及飽和氧的水介質中使用,其應力腐蝕又以點腐蝕爲起源,因此含钼的鉻鎳钼奧氏體不鏽鋼由于耐點腐蝕性能較高,所以在實際應用中常常比不含钼鋼具有更好的耐氯化物應力腐蝕性能。

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