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各元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用


目前已知的化学元素有100多种,在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说,最常用的元素有十几种,除了组成钢的基本元素铁以外,对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是:碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外,都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。

1.铬(Cr):在不锈钢中的决定作用铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素,根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后,促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方面得到说明:①铬使铁基固溶体的电极电位提高②铬吸收铁的电子使铁钝化。

作用:抗氧化、耐腐蚀、强硬度耐磨,同时也是耐热钢的不可缺少元素;

2.碳( C ):在不锈钢中的两重性碳是工业用钢的主要元素之一。的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式,在不锈钢中碳的影响尤为显著。

作用:从强度与耐腐烛性能两方面来看,碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的,即会增加硬度,降低耐腐蚀性,降低可塑性和韧性;

3. 镍( Ni ):在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的 镍是优良的耐腐蚀材料,也是合金钢的重要合金化元素。镍与铬同时存在于不锈钢中时,含镍的不锈钢具有许多可贵的性能。 镍作为合金元素在不锈钢中的作用,在于它使高铬钢的组织发生变化,从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。

作用:形成奥氏体组织的重要元素,具有增强钢种耐腐蚀、耐热、塑性和韧性等优点;

4、钼(Mo):在高等级不锈钢中都含有钼元素在不锈钢中起到耐氯化物(譬如海水氯离子腐蚀)腐蚀作用。

作用:增强耐点腐蚀及晶间腐蚀能力、增强高温下性能;

5、钛(Ti)::防止不锈钢的晶间腐蚀不锈钢的碳含量较高时,在焊接时容易引起铬偏析,即形成各的碳化物,形成晶间腐蚀,是因为焊缝附近缺铬,降低了不锈钢的耐腐蚀性。在加入钛之后可改善该种状况;

作用:增强钢种耐晶间腐蚀、增强硬度和韧性;

6、锰(Mn):可替代铬镍不锈钢中的镍 锰和镍具有很多相似的地方,在一些不锈钢中锰主要用来替镍,增强奥氏体组织的稳定性。但锰有很多自己的特点,如价格相对便宜,提高材料的机械强度和中温性能。此外还有增加N的在金相中的溶解度作用。 作用:替代镍元素,增加强度,但耐腐蚀性降低;

除了以上元素外,不锈钢中的其它元素作用如下: 铜(Cu):可增加不锈钢的耐腐蚀性能,一些含铜钢种具有抗菌性; 氮(N): 是惰性元素,可以用来稳定钢种组织,增强抗氧化性和耐腐蚀性;铌(Nb)也可增强钢种耐晶间腐蚀; 硅(Si):在奥氏体中增强耐热性;钴在于提高硬度; 硼(B): 提高部分钢种耐酸性和改善奥氏体塑性; 磷(P): 在一般不锈钢中都是杂质元素,也有用来提高硬度; 硫(S)和硒(Se): 在一般不锈钢中也是常有杂质元素,但适当应用可增加切削性;不过降低耐腐蚀性能;

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