不锈钢中的主要合金元素及其作用

1、培训教案不锈钢中的主要合金元素及其作用一、铬在不锈钢的合金元素中，铬是最重要的元素。由于铬形成的致密、稳定的Cr2O3薄膜的保护，阻止了介质对金属基体的继 续渗入腐蚀，所以，钢中如果含铬量达5%,就显示出一定的耐腐蚀作用。但不 是所有含铬的钢都可以作不锈钢使用，经过多年的研究和实践，人们发现，依 据腐蚀的电化学理论，为了提高钢的电极电位，把铬加入到铁基固溶体中时， 只有铬含量达到一定浓度，腐蚀也因此而减弱，钢的耐腐蚀性能才会明显提高。12.5%X 铬原子量 / 铁原子量=12.5%X 52/55.8=11.7%这个11.7%的铬含量就是构成不锈钢中含铬量的最低界限， 亦即钢中铬含量 高于这个界

2、限才可称为不锈钢。当然，随着腐蚀介质条件的不同，有时钢中的铬含量还要提高，如在氧化性较强的介质中，铬含量要高于16%的钢才会有明显的钝化能力。 工业中应用的不锈钢的铬含量一般在12%30%可以说，几乎没有一种不锈钢不含铬，所 以说，铬是不锈钢中最重要的、起决定性作用的合金元素。二、镍镍是优良的耐腐蚀材料，但是，因价格昂贵以及其他一些因素的限制，在 工业上很少应用纯镍，常常是作为一个重要的合金元素加入铁碳合金中来发挥 作用。镍是形成稳定奥氏体的元素，但是，低碳的镍钢中要获得纯奥氏体组织， 镍含量要达到24%以上，而含镍量达到27%才能使钢在某些介质中改善腐蚀性。可是，当镍与铬共同存在于钢中时，镍

3、的作用会发生很大的变化 。比如， 在含17%铬的铁素体不锈钢中，加入 2%左右的镍以后，变成了马氏体不锈钢。 铁素体不锈钢强度低，抗拉强度不足 400N/mm2，不能通过热处理方法强化，而 变成马氏体不锈钢后，在加热和冷却时会发生相变，就可以用热处理方法来调整，如1Cr17Ni2钢，经9801020C加热油淬后，再经不同温度的回火，其抗拉 强度可在6001100 N/mm2之间调整，以满足使用要求。再比如， 当把镍含量继 续提高到8%左右时，一般情况下可获得单相奥氏体组织，即被广泛应用的18-8 奥氏体不锈钢，其比相同含量的铁素体不锈钢的马氏体不锈钢 有更优良的耐腐 蚀性，而且，加工性能、焊接

4、性能、低温下的塑性和冲击韧性更好。由此可见，镍在不锈钢中的应用主要是配合铬才能更好地发挥作用，才能改变不锈钢的组织，从而使不锈钢的力学性能、加工性能和在某些腐蚀介质中 的耐腐蚀性能得到很大的改善。三、碳碳是钢的主要组成元素，碳在钢中的含量及分布形式决定了钢的组织性能。碳在不锈钢中对组织、力学性能、耐腐蚀性能有很大的影响，可以说是起主导作用的。碳是一种强烈扩大奥氏体区域和稳定奥氏体组织的元素，其作用程度大约 是镍的30倍，所以，碳含量对不锈钢组织、性能的影响是明显的。但是，碳和铬的亲和力很大，极易与不锈钢中的铬结合形成碳-铬化合物， 碳越多，被结合的铬也越多，这必然使固溶体中的铬减少，从而使钢的

5、耐腐蚀 能力受影响，特别是这种铬的碳化物沿晶粒界析出时， 会引起该处产生贫铬区， 引起晶间腐蚀。从这方面看，碳对不锈钢的耐腐蚀性能起到有害作用。随着冶金技术的进步，根据对不锈钢耐腐蚀性能的要求，出现了越来越多的低碳、超 低碳的新的不锈钢。由上可见，碳在不锈钢中发挥着有益和有害的两个方面的作用，这一点是 选择和使用不锈钢及制定正确热处理方法时予以注意的 四、钼和铜钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能。钼加入不锈钢中，可增强钢的钝化作用，从而提高钢的耐腐蚀性能。五、锰和氮锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍，锰也是扩大奥氏体区和稳定奥氏体组织 的元素，其作用效果相当于镍的1/2，即2%的氮在钢中的作用也是

6、稳定奥氏体， 并且作用的程度比镍还要大。锰在不锈钢中的应用主要是取代一部分镍，特别 是缺镍的国家以锰代替镍生产奥氏体不锈钢。锰对于奥氏体的作用与镍相似。但说得确切一些，锰的作用不在于形成奥 氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑 制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。在提高钢的耐腐蚀 性能方面，锰的作用不大，如钢中的 含锰量从0到10. 4%变化，也不使钢在 空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变。这是因为锰对提高铁基固溶体的电 极电位的作用不大，形成的氧化膜的防护作用也很低，所以工业上虽有以锰合 金化的奥氏体钢（如40Mn18Cr4,50Mn 18C

7、r4WN ZGMn13钢等），但它们不能作 为不锈钢使用。例如，欲使含 18%铬的钢在常温下获得奥氏体组织，以锰和氮 代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，目前已在工业中获得应用，有的已 成功地代替了经典的18-8铬镍不锈钢。六、硫在某些不锈钢中有意识的提高硫和硒兀素，主要是为提高不锈钢，特别是 奥氏体不锈钢的切削性能。七、不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀以上主要的十种元素对不锈钢的性能和组织的影响，除这些元素对不锈钢 性能与组织影响较大的元素以外，不锈钢中还含有一些其他的元素。有的是和 一般钢一样为常存杂质元素，如硅、硫、磷等.也有的是为了某些特定的目的 而加入的，如钻、硼、硒、稀土元素等

8、。从不锈钢的耐腐蚀性能这一主要性质 来说，这些元素相对于已讨论的九种元素，都是非主要方面的，虽然如此，但 也不能完全忽略，因为它们对不锈钢的性能与组织同样也发生影响。八、硅硅也是铁素体形成形成元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素。能提高不 锈钢在氧化性介质中的耐腐蚀性能。硅的加入还可改善钢的铸造性能。九、磷在一般不锈钢中属于杂质元素，但其在奥氏体不锈钢中的危害性不像在一 般钢中那样显著，故含量可允许高一些，如有的资料提出可达0. 06%，以利于冶炼控制。个别的含锰的奥氏体钢的含磷量可达0. 06%（如2Crl3NiMn9钢）以至0.08% （如Cr14Mnl4Ni钢）。利用磷对钢的强化作用，也有加磷作为时效硬 化不锈钢的合金元素，PH17 10P钢（含0. 25%磷）乃PH HNM钢（含0. 30 磷）等。以上对每种合金元素在不锈钢中的作用和影响进行了说明。需要指出的是， 不