影響不鏽鋼性能與組織的因素

不鏽鋼    時間:2014-03-13 11:38:49
影響不鏽鋼性能與組織的因素簡介
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影響不鏽鋼性能與組織的因素正文
目前已知的化學元素有100多種,在工業中常用的鋼鐵材料中可以遇到的化學元素約二十多種。對於人們在與腐蝕現象作長期鬥爭的實踐而形成的不鏽鋼這一特殊鋼系列來說,最常用的元素有十幾種,除了組成鋼的基本元素鐵以外,對不鏽鋼的性能與組織影響最大的元素是:碳、鉻、鎳、錳、硅、鉬、鈦、鈮、鈦、錳、氮、銅、鈷等。這些元素中除碳、硅、氮以外,都是化學元素周期表中位於過渡族的元素。

實際上工業上應用的不鏽鋼都是同時存在幾種以至十幾種元素的,當幾種元素共存於不鏽鋼這一個統一體中時,它們的影響要比單獨存在時複雜得多,因為在這種情況下不僅要考慮各元素自身的作用,而且要注意它們互相之間的影響,因此不鏽鋼的組織決定於各種元素影響的總和。
(1).各種元素對不鏽鋼的性能和組織的影響和作用
1-1.鉻在不鏽鋼中的決定作用:決定不鏽鋼性屬的元素只有一種,這就是鉻,每種不鏽鋼都含有一定數量的鉻。迄今為止,還沒有不含鉻的不鏽鋼。鉻之所以成為決定不鏽鋼性能的主要元素,根本的原因是向鋼中添加鉻作為合金元素以後,促使其內部的矛盾運動向有利於抵抗腐蝕破壞的方面發展。這種變化可以從以下方面得到說明:
①鉻使鐵基固溶體的電極電位提高
②鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化
鈍化是由於陽極反應被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現象。構成金屬與合金鈍化的理論很多,主要有薄膜論、吸附論及電子排列論。
1-2.碳在不鏽鋼中的兩重性
碳是工業用鋼的主要元素之一,鋼的性能與組織在很大程度上決定於碳在鋼中的含量及其分佈的形式,在不鏽鋼中碳的影響尤為顯著。碳在不鏽鋼中對組織的影響主要表現在兩方面,一方面碳是穩定奧氏體的元素,並且作用的程度很大(約為鎳的30倍),另一方面由於碳和鉻的親和力很大,與鉻形成—系列複雜的碳化物。所以,從強度與耐腐燭性能兩方面來看,碳在不鏽鋼中的作用是互相矛盾的。
認識了這一影響的規律,我們就可以從不同的使用要求出發,選擇不同含碳量的不鏽鋼。
例如工業中應用最廣泛的,也是最起碼的不鏽鋼——0Crl3~4Cr13這五個鋼號的標準含鉻量規定為12~14%,就是把碳要與鉻形成碳化鉻的因素考慮進去以後才決定的,目的即在於使碳與鉻結合成碳化鉻以後,固溶體中的含鉻量不致低11.7%這一最低限度的含鉻量。
就這五個鋼號來說由於含碳量不同,強度與耐腐蝕性能也是有區別的,0Cr13~2Crl3鋼的耐腐蝕性較好但強度低於3Crl3和4Cr13鋼,多用於製造結構零件,后兩個鋼號由於含碳較高而可獲得高的強度多用於製造彈簧、刀具等要求高強度及耐磨的零件。又如為了克服18-8鉻鎳不鏽鋼的晶間腐蝕,可以將鋼的含碳量降至0.03%以下,或者加入比鉻和碳親和力更大的元素(鈦或鈮),使之不形成碳化鉻,再如當高硬度與耐磨性成為主要要求時,我們可以在增加鋼的含碳量的同時適當地提高含鉻量,做到既滿足硬度與耐磨性的要求,又兼顧—定的耐腐蝕功能,工業上用作軸承、量具與刃具有不鏽鋼9Cr18和9Cr17MoVCo鋼,含碳量雖高達0.85~0.95%,由於它們的含鉻量也相應地提高了,所以仍保證了耐腐蝕的要求。
總的來講,目前工業中獲得應用的不鏽鋼的含碳量都是比較低的,大多數不鏽鋼的含碳量在0.1~0.4%之間,耐酸鋼則以含碳0.1~0.2%的居多。含碳量大於0.4%的不鏽鋼僅占鋼號總數的一小部分,這是因為在大多數使用條件下,不鏽鋼總是以耐腐蝕為主要目的。此外,較低的含碳量也是出於某些工藝上的要求,如易於焊接及冷變形等。
1-3.鎳在不鏽鋼中的作用是在與鉻配合后才發揮出來。
鎳是優良的耐腐蝕材料,也是合金鋼的重要合金化元素。鎳在鋼中是形成奧氏體的元素,但低碳鎳鋼要獲得純奧氏體組織,含鎳量要達到24%;而只有含鎳27%時才使鋼在某些介質中的耐腐蝕性能顯著改變。所以鎳不能單獨構成不鏽鋼。但是鎳與鉻同時存在於不鏽鋼中時,含鎳的不鏽鋼卻具有許多可貴的性能。基於上面的情況可知,鎳作為合金元素在不鏽鋼中的作用,在於它使高鉻鋼的組織發生變化,從而使不鏽鋼的耐腐蝕性能及工藝性能獲得某些改善。

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