各类合金元素在不锈钢中的作用

各类合金元素在不锈钢中的作用2015.3合金元素对不锈钢性能的影响二不锈钢成分、组织和性能的关系三一合金元素对不锈钢组织的影响合金元素对不锈钢组织的影响1(1)影响不锈钢组织的两大类合金元素形成铁素体的元素：Cr、Mo、Si、Al、Ｗ、Ti、Nb形成奥氏体的元素：C、N、Ni、Co、Mn、Cu(2)铬当量与镍当量是指各合金元素形成铁素体组织或形成奥氏体组织的能力的总合Creq＝Cr＋１.5Mo＋１.5Si＋１.75Nb＋1.5Ti＋5.5Al＋0.75W，各元素前的数字为该元素形成铁素体的能力相当于铬形成铁素体能力的倍数Nieq＝Ni＋Co＋30(C+N)＋0.5Mn＋0.3Cu，各元素前的数字为该元素形成奥氏体的能力相当于镍形成奥氏体能力的倍数舍夫勒图指出了自高温冷却后，铬当量与镍当量对不锈钢基体组织的影响，从图中可以根据不锈钢化学成分中的铬当量与镍当量大致确定钢的基体组织类型和组成(3)铬当量和镍当量对组织的影响Fe-Cr平衡相图α，δ铁素体，体心立方结构具有铁磁性γ奥氏体，面心立方结构，不具有铁磁性σ金属化合物，四方晶体结构，不具有铁磁性，脆硬，600-800℃α’在α基体上形成的富Cr的沉淀相，400-540℃(4)对凝固组织的影响F模式：L→δ+L→δ→γ+δFA模式：L→δ+L→L+δ+γ→δ+γ→γAF模式：L→γ+L→L+δ+γ→δ+γA模式：L→γ+L→γ当Creq/Nieq＜1.5时，液相中先析出A，即采用AF凝固模式模式当1.52＜Creq/Nieq＜1.95时，液相中先析出F，即采用FA模式以JISCO304、316L、430、409L为例，分析奥氏体不锈钢的凝固组织①304、316L不锈钢Creq/Nieq≈1.6-1.9之间，凝固模式为FA模式②430、409L不锈钢Creq/Nieq＞2，凝固模式为F模式CMnNiCrNSiMoNieqCreqCreq/Nieq3040.0451.158.0318.140.0450.409.95518.741.88316L0.0221.3510.1216.560.0120.52.0611.4619.371.694300.040.350.1516.150.0350.3201.52516.6310.90409L0.0170.20.111.520.0140.500.7112.2717.28w(Fe)=70%Fe-Cr-Ni三元系中的伪二元相图w(Cr)=17%3044302205合金元素对不锈钢性能的影响2(1)力学性能置换型原子和间隙性原子所处位置示意图元素对不锈钢力学性能的影响1、铬锈钢中铬量的增加，不仅在氧化性酸介质中耐蚀性增加，而且对不锈钢在氯化物溶液中（包括含Ｃl-的大气和水介质）耐应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀能力的提高也有重要影响。铬与不锈钢中的碳形成碳化物，虽然降低钢的耐蚀性，引起晶间腐蚀，但当碳量一定时，随钢中铬量增加，晶间腐蚀敏感性则下降。镍在不锈钢中，是仅次于铬的重要合金元素。镍可促进不锈钢钝化膜的稳定性，提高不锈钢的热力学稳定性。因此，不锈钢中铬与镍共存，可显著强化不锈钢不锈性和耐蚀性。镍对不锈钢的高温抗氧化性有益，但对高温抗硫化性有害。镍与铬组合能显著降低奥氏体不锈钢在苛性介质(如NaOH)中的耐蚀性，镍还可以提高18-8型不锈钢耐氯化物应力腐蚀的能力随奥氏体不锈钢中镍量的增加，碳在钢中的溶解度下降，高镍奥氏体不锈钢中含碳量需≤0.02%2、镍3、铜铜可以提高不锈钢的不锈性和耐蚀性，特别是在硫酸等还原性介质中的作用更为明显铜可以显著降低不锈钢的强度和冷加工硬化倾向，改善钢的塑性，是提高各类不锈钢冷成形性的重要元素4、氮氮在铁素体不锈钢中的溶解度较低，但在奥氏体不锈钢中的溶解度很高，容量无限，且价格低廉，是现代不锈钢中非常有发展前途的重要合金元素氮可以促进钝化膜的铬的富集，提高钢的钝化能力，降低铬在碳中的活性，抑制钢种铬的碳化物的析出，降低晶间腐蚀敏感性。氮不仅显著提高奥氏体不锈钢和双相不锈钢的耐氧化性酸、还原性酸介质的全面腐蚀性能，而且还提高它们的耐晶间腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等局部腐蚀的性能，氮在不锈钢中提高钢的耐点蚀、缝隙腐蚀的能力约为铬的16~30倍5、锰锰是奥氏体形成元素，随不锈钢中锰含量的增加，可显著提高氮在钢中的溶解度，氮、锰复合加入用来代替钢中的昂贵稀缺的金属镍。但向不锈钢中复合加入锰、氮，仅能从组织上获得奥氏体而代替镍，但并不能在耐蚀性方面代镍，特别是锰的加入，不仅对不锈钢的耐蚀性无益，而且常常是有害的6、碳碳是传统马氏体不锈钢中最重要的合金元素，的作用是扩大γ相区，提高钢的淬透性，但随钢中碳含量的增加与马氏体不锈钢强度、硬度增加的同时，钢的塑性、韧性，耐蚀性下降碳与钢中的铬结合，形成铬的碳化物，导致晶界贫铬，引起晶间腐蚀和耐蚀性的下降向不锈钢中加入适量硅，可使不锈钢具有优良的耐高温、高浓度硝酸和硫酸腐蚀的性能，这与硅在不锈钢表面形成富硅的氧化物保护膜有关当不锈钢中硅含量过高时，会使得钢种σ、χ等脆性相析出的敏感性增加，钢的塑性、韧性下降，耐蚀性降低7、硅不锈钢成分、组织和性能的关系3不锈钢的不锈耐蚀性主要由化学成分决定在一些条件的影响下，钢中的化学成分之间的相互作用，既决定钢的基体组织结构的类型，又决定钢的各种相和化合物的组成不锈钢的力学、物理性能主要由钢的组织结构决定不锈钢化学成分也可直接影响钢的力学性能等，不锈钢的组织结构也可直接影响钢的不锈耐蚀性在一些条件下，不锈钢的不锈耐蚀性和力学性能等一些性能间也可互相影响