各类合金元素对不锈钢性能的影响

一往冇前

一.镍元素对不锈钢的影响

镍是的主要合金元素，其主要作用是稳定奥氏体，使钢获得完全奥氏体组织，从而使钢具有良好的强度和塑性,韧性的配合，并具有优良的冷,，热加工性和冷形成性以及焊接,低温与无磁等性能，同时提高奥氏体不锈钢的热力学稳定性，使之不仅比相同铬,钼含量的铁素体，马氏体等类不锈钢肯有更好的不锈性和耐氧化性介质的性能,而且于表面膜稳定性的提高,从而使钢还具有更加优异的耐一些还原性介质的性能。

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1.镍对组织的影响

镍是强烈稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，为了获得单一的奥氏体组织，当钢中含有0.1%碳和18%铬时所需的最低镍含量约为8%，这便是最著名18-8铬镍奥氏体不锈钢的基本成分，奥氏体不锈钢中,随着镍含量的增加，残余的铁素体可完全消除，并显著降低σ相形成的倾向;同时马氏体转变温度降低，甚至可不出现λ→M相变,但是镍含量的增加会降低碳在奥氏体不锈钢中的溶解度，从而使碳化物析出倾向增强。

2.镍对性能的影响

镍对奥氏体不锈钢特别是对铬镍奥氏体不锈钢力学性能的影响主要是由镍对奥氏体稳定性的影响来决定,在钢中可能发生马氏体转变的镍含量范围内，随着镍含量的增加,钢的强度降低，塑性提高,具有稳定奥氏体组织的铬镍奥氏体不锈钢韧性(包括极低温韧性)非常优良,因而可作为低温钢使用，这是众所周知的,对于具有稳定奥氏体组织的铬锰奥氏体不锈钢,镍的加入可进一步改善其韧性。镍还可显著降低奥氏体不锈钢的冷加工硬化倾向，这主要是由于奥氏体稳定性增大,减少以至消除了冷加工过程中的马氏体转变，同时对奥氏体本身的冷加工硬化作用不太明显，不锈钢冷加工硬化倾向的影响，镍降低奥氏体不锈钢冷加工硬化速率，与降低钢的室温及低温强度，提高塑性的作用,决定了镍含量的提高有利于奥氏体不锈的冷加工成形性能，提高镍含量还可减少以至消除18-8和17-14-2型铬镍奥氏体不锈钢中的δ铁素体，从而提高其热加工性能，但是，δ铁素体的减少对这些钢种的可焊接性不利会增大焊接热裂纹丝倾向，此外，镍还可显著提高铬锰氮(铬锰镍氮)奥氏体不锈钢的热加工性能,从而显著提高钢的成材率。在奥氏体不锈钢中，镍的加入以及随着镍含量的提高，导致钢的热力学稳定性增加,因此奥氏体不锈钢具有更好的不锈性和耐氧化性介质的性能，且随着镍含量增加，耐还原性介质的性能进一步得到改善。值得指出，镍还是提高奥氏体不锈耐许多介质穿晶型应力腐蚀的唯一重要元素。

二．铬元素对不锈钢的影响

铬的影响:铬是奥氏体不锈钢中最主要的合金元素，奥氏体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得主要是由于在会质作用下，铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果。

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1．铬对组织的影响

在奥氏体不锈钢中，铬是强烈形成并稳定铁体的元素,缩小奥氏体区，随着钢中含量增加，奥氏体不锈钢中可出现铁素体(δ)组织，研究表明，在铬镍奥氏体不锈钢中，当碳含量为0.1%，铬含量为18%时，为获得稳定的单一奥氏体组织,所需镍含量最低,约为8%，就这一点而言，常用的18Cr—8Ni型铬镍奥氏体 不锈钢是含铬，镍量配比最为适宜的一种。 有奥氏体不锈钢中,随着铬含量的增加，一些金属间相(比如δ相)的形成倾向增大，当钢中含有钼时，铬含含量会增加还会χ相等的形成,如前所述，σ, χ相的析出不仅显著降低钢的塑性和韧性，而且在一些条件下还降低钢的耐蚀性，奥氏体不锈钢中铬含量的提高可使马氏体转烃温度(Ms)下降，从而提高奥氏体基体的稳定性。因此高铬(比如超过20%)奥氏体不锈钢即使经过冷加工和低温处理也很难获得马氏体组织。

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铬是强碳化物形成元素，在奥氏体不锈钢中也不例外，奥氏体不锈钢中常见的铬碳化物Cr23C6；;当钢中含有钼或铬时，还可见到期Cr6C等碳化物，它们的形成在某些条件下对钢的性能会产生重要影响。

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2．铬对性能的影响

一般来主,只要奥氏体不锈钢保持完全奥氏体组织而没有δ铁素体等的形成，仅提高钢中铬含量不会对力学性能有显著影响，铬对奥氏体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性，主要表现为：铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能;在镍以及钼和铜复合作用下，铬提高钢耐一些还原性介质，有机酸,尿素和碱介质的性能；铬还提高钢耐局部腐蚀，比如晶间腐蚀.点腐蚀,缝隙腐蚀以及某此条件下应力体育馆的性能。对奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏感性影响最大的因素是钢中碳含量，其他元素对晶间腐蚀的作用主要视其对碳化物的溶解和沉淀行为的影响而定,在奥氏体不锈钢中，铬能增大碳的溶解度而降低铬的贫化度，因而提高铬含量对奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀是有益,铬非常有效地改善奥氏体不锈钢的耐点腐蚀及缝隙腐蚀性能，当钢中同时有钼或钼及氮存在时，铬的这种有效性大加强，虽然根据研究钼的耐点腐蚀及缝隙腐蚀的能力为铬的话倍左右，氮为铬的30倍，但是大量研究,奥氏体不锈钢中如果没有铬或者铬含量较低，钼及氮的耐点腐蚀与缝隙腐蚀作用便会丧失或不够显著铬对奥氏体不锈钢的耐应力腐蚀性能的作用，随实验介质条件及实际使用环境而异，在MgCl2沸腾溶液中，铬的作用一般是有害的，但是在含Cl-和氧的水介质，高温高压水以及点腐蚀为起源的应力腐蚀条件下，提高钢中铬含量则对耐应力腐蚀有利，同时，铬还可防止奥氏体不锈钢及合金中由于镍含量提高而容易出现的晶间型应力腐蚀的倾向,对开苛性(NqOH)应力腐蚀，铬的作用也是有益的铬除对负数氏体不锈钢耐蚀性有重要影响外，还能显著提高该类钢的抗氧化,抗硫化和抗融盐腐蚀等性能。

三、锰Mn 元素在不锈钢中的作用

对不锈钢的显微组织及热处理的作用：

1.锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，工业用钢中一般均含有一定量的锰。

2.锰固溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，使临界温度A4点升高，A3点降低，当锰含量超过12%时，上临界点降至室温以下，使钢在室温时形成单一奥氏体组织。在降低共析温度同时，使共析体中的碳含量减少

3.锰强烈降低钢的Ad和马氏体转变温度（其作用仅次于碳）和钢中相变的速度，提高钢的淬透性，增加强余奥氏体含量。

4.使钢的调质组织均匀、细化，避免了渗碳层中碳化物的聚集成块，但增大了钢的过热敏感性和回火脆性倾向。

5.锰是弱碳化物形成c

u 对不锈钢的力学性能的作用

1.锰强化铁素体或奥氏体的作用不及碳、磷、硅，在增加强度的同时，对延展性无影响。

2. 由于细化了珠光体，显著提高低碳和中碳珠光体钢的强度，使延展性有所降低。

3.通过提高淬透性而提高了调质处理索氏体钢的力学性能。

4.在严格控制热处理工艺、避免过热时的晶粒长大以及回火脆性的前提下，锰不会降低钢的韧性。

u 对不锈钢的物理、化学及工艺性能的作用

1.随锰含量的增加，钢的热导率急剧下降，线胀系数上升，使快速加热或冷却时形成较大内应力，工件开裂倾向增大。

2. 使钢的电导率急剧降低，电阻率相应增大，电阻温度系数下降。

3.使矫顽力增大，饱和磁感、剩余磁感和磁导率均下降，因而锰对永磁合金有利，对软磁合金有害。

4.锰含量很高时，钢的抗氧化性能下降。

5.使钢中的硫形成较高熔点的MnS，避免了晶界上的FeS薄膜，消除钢的热脆性，改善热加工性能。

6.高锰奥氏体钢的变形阻力较大，且钢锭中柱状结晶明显，锻轧时较易开裂。

7.由于提高了淬透性和降低了马氏体转变温度，对焊接性能有不利影响。在适当范围内应降低碳含量。

u 在不锈钢中的应用

1易切削钢中常有适量的锰和磷，MnS夹杂使切屑易于碎断。

2.普通低合金钢中利用锰来强化铁素体和珠光体，提高钢的强度，锰含量一般为1%-2% 。3.渗碳和调质合金结构钢的许多系列中含有不超过2%的锰。

4.弹簧钢、轴承钢和工具钢中利用锰强烈提高淬透性的作用。可采用油淬和空冷的淬火工艺，减少开裂、扭曲和变形。

5.耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢，包括高碳高锰耐磨铸钢，低碳高锰不锈钢，高锰耐热钢等。

四．碳元素对奥氏体不锈钢的影响

碳的影响：碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素。碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍，碳是一种间隙元素，通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度。碳还可提高奥氏体不锈钢在高浓氯化物(如42%MgCl2沸腾溶液)中的耐应力腐蚀的性能。但是，在奥氏体不锈钢中,碳常常被视为有害元素，这主要是由于在不锈钢和耐蚀用途中的一些条件下(比如焊接或经450~850℃加热)，碳可与钢中的铬形成高铬的Cr23C6型碳化合物从而导致局部铬的贫化，使钢的耐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能下降。因此，60年代以来新发展的铬镍奥氏体不锈钢大都是碳含量小于0.03%或0.02%超低碳型的,可以知道随着碳含量降低，钢的晶间腐蚀敏感性降低，当碳含量低于0.02%才具有最明显的效果，一些实验珠光还指出,碳还会增大铬奥氏体不锈钢的点腐蚀分倾向。由于碳的有害作用,不仅在奥氏体不锈钢冶炼过和中应按要求控制尽量低的碳含量,而且在随后的热，冷加工和热处理等过程中也在防止不锈钢表面增碳，且免铬的碳化物析出。

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