1.  鉻(ge)、硅、鋁


  鉻、硅、鋁為形成鐵素體的元素,是不銹鋼獲得耐蝕性的主要合金元素。在碳鋼的基礎上加入足夠量的鉻[w(Cr)≥12%],即可使鋼在氧化性介質中產生一種與基體組織牢固結合的鉻鐵氧化物(FeCr)2O3的鈍化膜;又能提高鋼在電介質中的電極電位,從而使化學穩定性得到提高。硅和鋁同樣能使鋼在氧化性介質中生成致密的保護膜,其中鋁的作用比鉻還明顯。在奧氏體型耐熱鋼中,這些元素均能提高其抗氧化性。在18-8型不銹鋼中,當硅的質量分數從0.4%提高到2.4%時,鋼在980℃時抗氧化性能提高22倍。如果硅含量過高,會嚴重惡化穩定奧氏體型鋼的焊接性,故必須嚴格控制硅在鋼中的含量。鋁在沉淀硬化體型不銹鋼中,可以提高其在室溫和高溫時的強度。


2. 鎳(nie)


  鎳(nie)(nie)為形成奧(ao)氏體(ti)的元(yuan)素(su)(su)。它能(neng)(neng)使(shi)合金(jin)表(biao)面鈍(dun)化(hua),擴大鋼在酸(suan)(suan)(suan)中的鈍(dun)化(hua)范(fan)圍,但(dan)不(bu)能(neng)(neng)改善(shan)其(qi)對稀硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)。它能(neng)(neng)提(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)不(bu)銹鋼抗(kang)硫酸(suan)(suan)(suan)、鹽酸(suan)(suan)(suan)等腐蝕(shi)介質的性(xing)能(neng)(neng),是(shi)耐(nai)(nai)蝕(shi)鋼的主要合金(jin)元(yuan)素(su)(su)。如果單獨使(shi)用鎳(nie)(nie)作為不(bu)銹鋼合金(jin)元(yuan)素(su)(su),其(qi)質量(liang)分(fen)數要高(gao)(gao)(gao)(gao)達24%才能(neng)(neng)得到全奧(ao)氏體(ti)組織(zhi),但(dan)這極不(bu)經濟。而在低碳(tan)鉻不(bu)銹鋼[w(Cr)>17%]的基(ji)礎上(shang),只(zhi)需加入質量(liang)分(fen)數為9%的鎳(nie)(nie),即可獲得耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)好、綜合力學(xue)性(xing)能(neng)(neng)也(ye)好的室(shi)溫下穩定的奧(ao)氏體(ti)組織(zhi),既(ji)能(neng)(neng)滿(man)足鋼的耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)要求,又能(neng)(neng)提(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)鋼的高(gao)(gao)(gao)(gao)溫強度和抗(kang)氧化(hua)性(xing)能(neng)(neng),使(shi)其(qi)成為一種(zhong)具有良好綜合性(xing)能(neng)(neng)的鋼種(zhong)。


3. 鉬和銅(tong)


  鉬(mu)是(shi)形成鐵素體的(de)(de)(de)元素。在鉻(ge)不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)加(jia)(jia)入鉬(mu),可(ke)以(yi)提高鋼(gang)(gang)(gang)在非氧化性(xing)(xing)(xing)介質中(zhong)的(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)(xing)。它的(de)(de)(de)獨特之處(chu)是(shi)能抵抗(kang)氯離子(Cl-)產生(sheng)的(de)(de)(de)點(dian)腐蝕;同時(shi)也能提高奧(ao)氏(shi)(shi)體型鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)熱(re)強性(xing)(xing)(xing),改(gai)善(shan)奧(ao)氏(shi)(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)短時(shi)塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing)和持久(jiu)塑(su)(su)性(xing)(xing)(xing),對焊接有(you)利(li)。但(dan)是(shi)鉬(mu)的(de)(de)(de)加(jia)(jia)入將會縮小鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)奧(ao)氏(shi)(shi)體相(xiang)(xiang)區,使(shi)奧(ao)氏(shi)(shi)體型不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)出現鐵素體相(xiang)(xiang)。為此,在含鉬(mu)的(de)(de)(de)單相(xiang)(xiang)奧(ao)氏(shi)(shi)體不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong),相(xiang)(xiang)應的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體形成元素,如鎳、錳(meng)、氮等的(de)(de)(de)含量略有(you)增加(jia)(jia),目的(de)(de)(de)是(shi)維持其(qi)全奧(ao)氏(shi)(shi)體組織。對于雙相不銹鋼(gang),鉬促成鐵素體,對提高耐點腐蝕性能和抗應力腐蝕性能都是有益的。但鉬含量過多則會降低奧氏體型不銹鋼的韌性。


  在鉻鎳不銹鋼中加入銅能促使鋼產生彌散硬化組織,提高鋼的熱強性。與鉬配合使用,可進一步提高鉻鎳不銹鋼在稀硫酸中的耐蝕性。列入我國國家標準的牌號鋼板有06Cr18Ni12Mo2Cu2、022Cr23Ni4MoCuN等。


4. 錳和氮


  錳和氮(dan)(dan)對提(ti)高不銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)耐蝕性沒(mei)有直接影響(xiang),但它(ta)們(men)都是促進和穩定奧氏體的(de)有效元(yuan)素,其中氮(dan)(dan)比錳的(de)作(zuo)用更為明顯。當錳含(han)量過高時,對鉻(ge)含(han)量較低(di)的(de)不銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)耐蝕性不利,還會使鑄鋼(gang)(gang)(gang)件產生氣孔,同(tong)時增加(jia)(jia)硬(ying)度,給(gei)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)冷加(jia)(jia)工帶(dai)來困難。氮(dan)(dan)與(yu)碳共同(tong)作(zuo)用能(neng)提(ti)高奧氏體型(xing)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)熱強性,氮(dan)(dan)的(de)強化作(zuo)用在于時效過程(cheng)中形成氮(dan)(dan)化合(he)物(wu)和碳氮(dan)(dan)化合(he)物(wu)。列人我國(guo)國(guo)家(jia)標(biao)準含(han)有氮(dan)(dan)的(de)牌號鋼(gang)(gang)(gang)板有022Cr17Ni7N、022Cr25Ni22Mo2N等。


5. 鈦和鈮


  鈦和鈮是比鉻更易與碳結合形成穩定碳化物的元素。在鉻鎳不銹鋼中,當鈦的加入量大于碳含量的5倍,或者鈮的加入量大于碳含量的8倍時,可以使絕大部分的碳存在于鈦或鈮的碳化物之中,因而使固溶碳的質量分數降到0.03%以下,這就能保證鉻在鋼中的有效固溶濃度。由于鉻在鋼中的有效固溶度得到保證,從而鋼的抗晶間腐蝕能力得到改善。鈮的質量分數達到0.5%~2.0%時,既能提高奧氏體鋼的熱強性,又能提高鋼的持久塑性。鈮在碳含量較低的奧氏體鋼中會促進近縫區和焊縫金屬產生裂紋,在鉻鎳奧氏體鋼中,鈮的質量分數應控制在1.0%的范圍內。這類鋼列人我國國家標準的牌號鋼板很多,如06Cr18Ni11Ti06Cr18Ni11Nb等。



  上(shang)述合(he)金元(yuan)素(su)對鋼(gang)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用不(bu)是(shi)(shi)簡單的(de)(de)疊(die)加,也不(bu)是(shi)(shi)相(xiang)互(hu)抵消(xiao)的(de)(de)。它們相(xiang)互(hu)之間有(you)時會發(fa)生(sheng)新(xin)的(de)(de)物理化學(xue)作(zuo)(zuo)用,往(wang)往(wang)會引起強化力學(xue)性(xing)能(neng)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用。各(ge)種合(he)金元(yuan)素(su)對不(bu)銹鋼(gang)組(zu)織結構和(he)性(xing)能(neng)的(de)(de)影響見表1-14,亦可見圖(tu)1-1、圖(tu)1-2。從表中(zhong)可以(yi)看(kan)出,合(he)金元(yuan)素(su)對不(bu)銹鋼(gang)組(zu)織的(de)(de)影響基本上(shang)分三大類:第(di)一類是(shi)(shi)形成(cheng)鐵(tie)素(su)體(ti)的(de)(de)元(yuan)素(su),有(you)鉻、硅、鋁(lv)、鉬、鈦、鈮(ni)等(deng);第(di)二(er)類是(shi)(shi)形成(cheng)奧(ao)氏體(ti)的(de)(de)元(yuan)素(su),有(you)碳(tan)(tan)、氮(dan)、鎳(nie)、錳、銅等(deng),其中(zhong)碳(tan)(tan)和(he)氮(dan)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用程度最大;第(di)三類是(shi)(shi)形成(cheng)碳(tan)(tan)化物的(de)(de)元(yuan)素(su),有(you)鈮(ni)、鈦、碳(tan)(tan)、鉻、鎢、錳、鉬等(deng)。加入銅、鋁(lv)、鈦、鈮(ni)、氮(dan)等(deng)元(yuan)素(su)能(neng)促使鋼(gang)產生(sheng)彌散硬化,從而提高鋼(gang)的(de)(de)熱(re)強性(xing)。