1.  鉻、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)


  鎳為形(xing)成(cheng)奧氏體的(de)(de)(de)元素。它能(neng)(neng)使合(he)(he)金(jin)表面鈍化(hua),擴(kuo)大鋼(gang)(gang)在(zai)酸(suan)中的(de)(de)(de)鈍化(hua)范圍(wei),但不(bu)能(neng)(neng)改(gai)善(shan)其(qi)對稀(xi)硝酸(suan)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)。它能(neng)(neng)提高(gao)不(bu)銹鋼(gang)(gang)抗硫酸(suan)、鹽酸(suan)等腐蝕介質(zhi)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng),是耐(nai)(nai)蝕鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)主要(yao)合(he)(he)金(jin)元素。如果單獨(du)使用鎳作為不(bu)銹鋼(gang)(gang)合(he)(he)金(jin)元素,其(qi)質(zhi)量分數要(yao)高(gao)達(da)24%才能(neng)(neng)得到全奧氏體組織(zhi),但這極不(bu)經濟。而在(zai)低碳(tan)鉻不(bu)銹鋼(gang)(gang)[w(Cr)>17%]的(de)(de)(de)基(ji)礎上,只(zhi)需加入質(zhi)量分數為9%的(de)(de)(de)鎳,即(ji)可獲得耐(nai)(nai)蝕性(xing)好(hao)、綜合(he)(he)力學性(xing)能(neng)(neng)也好(hao)的(de)(de)(de)室溫(wen)下(xia)穩定的(de)(de)(de)奧氏體組織(zhi),既(ji)能(neng)(neng)滿(man)足鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕性(xing)要(yao)求,又能(neng)(neng)提高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)高(gao)溫(wen)強度和抗氧化(hua)性(xing)能(neng)(neng),使其(qi)成(cheng)為一種具有良(liang)好(hao)綜合(he)(he)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)種。


3. 鉬和銅


  鉬是形成鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)元素(su)。在鉻不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)加(jia)入(ru)鉬,可以提(ti)高鋼(gang)在非氧化性(xing)介質(zhi)中(zhong)的(de)(de)穩定性(xing)。它的(de)(de)獨(du)特(te)之處是能抵抗(kang)氯離子(Cl-)產(chan)生的(de)(de)點腐蝕(shi);同時也能提(ti)高奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)型(xing)鋼(gang)的(de)(de)熱強性(xing),改善(shan)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)鋼(gang)短時塑(su)性(xing)和持(chi)久塑(su)性(xing),對焊接有利。但是鉬的(de)(de)加(jia)入(ru)將(jiang)會(hui)縮小(xiao)鋼(gang)中(zhong)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)區,使奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)出(chu)現(xian)鐵素(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)。為此,在含(han)鉬的(de)(de)單相(xiang)(xiang)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong),相(xiang)(xiang)應的(de)(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)形成元素(su),如鎳、錳、氮(dan)等(deng)的(de)(de)含(han)量略有增加(jia),目的(de)(de)是維持(chi)其全奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織。對于雙相(xiang)不(bu)銹鋼,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(meng)和氮(dan)(dan)(dan)(dan)對提高不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的耐蝕(shi)性(xing)沒有直接影響,但它們都是(shi)促進和穩定(ding)奧氏體(ti)的有效(xiao)元(yuan)素,其中氮(dan)(dan)(dan)(dan)比(bi)錳(meng)的作用(yong)更為明顯(xian)。當(dang)錳(meng)含量(liang)過高時,對鉻(ge)含量(liang)較低的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的耐蝕(shi)性(xing)不(bu)利,還會使鑄(zhu)鋼(gang)件(jian)產生氣孔,同時增加硬度,給鋼(gang)的冷加工帶來困難。氮(dan)(dan)(dan)(dan)與碳(tan)共同作用(yong)能提高奧氏體(ti)型(xing)鋼(gang)的熱強性(xing),氮(dan)(dan)(dan)(dan)的強化作用(yong)在于時效(xiao)過程中形成氮(dan)(dan)(dan)(dan)化合物和碳(tan)氮(dan)(dan)(dan)(dan)化合物。列人我(wo)國(guo)國(guo)家(jia)標準含有氮(dan)(dan)(dan)(dan)的牌號鋼(gang)板有022Cr17Ni7N、022Cr25Ni22Mo2N等。


5. 鈦和鈮(ni)


  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。



  上述合(he)金(jin)元素(su)(su)對(dui)(dui)鋼(gang)(gang)的(de)作用(yong)(yong)不(bu)是(shi)簡單(dan)的(de)疊(die)加(jia)(jia),也不(bu)是(shi)相互抵消的(de)。它們(men)相互之間(jian)有(you)時會發生新的(de)物理化學作用(yong)(yong),往往會引起強(qiang)化力(li)學性(xing)能(neng)的(de)作用(yong)(yong)。各種合(he)金(jin)元素(su)(su)對(dui)(dui)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)組織結構和性(xing)能(neng)的(de)影響見表1-14,亦可(ke)(ke)見圖(tu)1-1、圖(tu)1-2。從表中可(ke)(ke)以看(kan)出,合(he)金(jin)元素(su)(su)對(dui)(dui)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)組織的(de)影響基本上分三(san)大(da)類:第(di)一(yi)類是(shi)形成鐵(tie)素(su)(su)體的(de)元素(su)(su),有(you)鉻、硅(gui)、鋁、鉬、鈦、鈮(ni)等(deng)(deng)(deng);第(di)二類是(shi)形成奧氏體的(de)元素(su)(su),有(you)碳、氮(dan)、鎳、錳(meng)、銅等(deng)(deng)(deng),其中碳和氮(dan)的(de)作用(yong)(yong)程(cheng)度最大(da);第(di)三(san)類是(shi)形成碳化物的(de)元素(su)(su),有(you)鈮(ni)、鈦、碳、鉻、鎢、錳(meng)、鉬等(deng)(deng)(deng)。加(jia)(jia)入(ru)銅、鋁、鈦、鈮(ni)、氮(dan)等(deng)(deng)(deng)元素(su)(su)能(neng)促使鋼(gang)(gang)產生彌散(san)硬化,從而提高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)熱(re)強(qiang)性(xing)。