不銹鋼中各元素的作用

  目前已知的化學(xué)元素有100多種，在工業(yè)中常用的鋼鐵材料中可以遇到的化學(xué)元素約二十多種。

  對于人們在與腐蝕現象作長(cháng)期斗爭的實(shí)踐而形成的不銹鋼這一特殊鋼系列來(lái)說(shuō)，最常用的元素有十幾種，除了組成鋼的基本元素鐵以外，對不銹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(xué)元素周期表中位于過(guò)渡族的元素。

  各種元素對不銹鋼的性能和組織的影響和作用

  1.鉻在不銹鋼中的決定作用：決定不銹鋼性屬的元素只有一種，這就是鉻，每種不銹鋼都含有一定數量的鉻。迄今為止，還沒(méi)有不含鉻的不銹鋼。鉻之所以成為決定不銹鋼性能的主要元素，根本的原因是向鋼中添加鉻作為合金元素以后，促使其內部的矛盾運動(dòng)向有利于抵抗腐蝕破壞的方面發(fā)展。這種變化可以從以下方面得到說(shuō)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于陽(yáng)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。

  2. 鎳在不銹鋼中的作用是在與鉻配合后才發(fā)揮出來(lái)的 鎳是優(yōu)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(shí)才使鋼在某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能顯著(zhù)改變。所以鎳不能單獨構成不銹鋼。但是鎳與鉻同時(shí)存在于不銹鋼中時(shí)，含鎳的不銹鋼卻具有許多可貴的性能。 基于上面的情況可知，鎳作為合金元素在不銹鋼中的作用，在于它使高鉻鋼的組織發(fā)生變化，從而使不銹鋼的耐腐蝕性能及工藝性能獲得某些改善。

 3. 錳和氮可以代替鉻鎳不銹鋼中鎳 鉻鎳奧氏體鋼的優(yōu)點(diǎn)雖然很多，但近幾十年來(lái)由于鎳基耐熱合金與含鎳20％以下的熱強鋼的大量發(fā)展與應用，以及化學(xué)工業(yè)日益發(fā)展對不銹鋼的需要量越來(lái)越大，而鎳的礦藏量較少且又集中分布在少數地區，因此在世界范圍內出現了鎳在供和需方面的矛盾。所以在不銹鋼與許多其他合金領(lǐng)域（如大型鑄鍛件用鋼、工具鋼、熱強鋼等）中，特別是鎳的資源比較缺乏的國家，廣泛地開(kāi)展了節鎳和以其他元素代鎳的科學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)踐，在這方面研究和應用比較多的是以錳和氮來(lái)代替不銹鋼與耐熱鋼中的鎳。

 4.應用比較多的是以錳和氮來(lái)代替不銹鋼與耐熱鋼中的鎳。

 在提高鋼的耐腐蝕性能方面，錳的作用不大，如鋼中的 含錳量從0到10．4%變化，也不使鋼在空氣與酸中的耐腐蝕性能發(fā)生明顯的改變。這是因為錳對提高鐵基固溶體的電極電位的作用不大，形成的氧化膜的防護作用也很低，所以工業(yè)上雖有以錳合金化的奧氏體鋼（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13鋼等），但它們不能作為不銹鋼使用。

 錳在鋼中穩定奧氏體的作用約為鎳的二分之一，即2％的氮在鋼中的作用也是穩定奧氏體，并且作用的程度比鎳還要大。例如，欲使含18％鉻的鋼在常溫下獲得奧氏體組織，以錳和氮代鎳的低鎳不銹鋼與元鎳的鉻錳氮不誘鋼，目前已在工業(yè)中獲得應用，有的已成功地代替了經(jīng)典的18-8鉻鎳不銹鋼。

 4.不銹鋼中加鈦或鈮是為了防止晶間腐蝕。

 5.鉬和銅可以提高某些不銹鋼的耐腐蝕性能。

 6.其他元素對不銹鋼的性能和組織的影響

 以上主要的九種元素對不銹鋼的性能和組織的影響，除這些元素對不銹鋼性能與組織影響較大的元素以外，不銹鋼中還含有一些其他的元素。有的是和一般鋼一樣為常存雜質(zhì)元素，如硅、硫、磷等.也有的是為了某些特定的目的而加入的，如鈷、硼、硒、稀土元素等。從不銹鋼的耐腐蝕性能這一主要性質(zhì)來(lái)說(shuō)，這些元素相對于已討論的九種元素，都是非主要方面的，雖然如此，但也不能完全忽略，因為它們對不銹鋼的性能與組織同樣也發(fā)生影響。