Question

不锈钢材料中的各种元素有什么作用及其作用？？？

Answer 1

不锈钢材料中的各种元素及其作用：
1．铬——是构成不锈钢的基本元素。 铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的最基本元素。在氧化性介质中，铬能使钢的表面很快形成 一层实际为腐蚀介质不能透过和不溶解的富铬的氧化膜， 这层氧化膜很致密， 并与金属基本 结合得很牢固，保护钢免受外界介质进一步氧化浸蚀；铬还能有效地提高钢的电极电位。当 含铬量不低于 12.5%原子时,可使钢的电极电位发生突变,由负电位升到正的电极电位。因而 可显著提高钢的耐蚀性。铬的含量越高，钢的耐蚀性能越好。当含铬量达到 25%、37.5% 原子时，会发生第二次第三次的突变，使钢具有更高的耐腐蚀性能。
2．镍——单独不能构成不锈钢 镍对不锈钢耐腐蚀的影响，只有它与铬配合时才能充分显示出来。因为，低炭镍钢要获 得纯奥氏体组织，含镍量需达 24%；要使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变，含镍量 需在 27%以上。所以，镍不能单独构成不锈钢。而在含铬 18%的钢中加入 9%的镍，就能 使钢在常温下获得单一奥氏体组织，并可以提高钢对非氧化性介质（如：稀、、磷酸等）的 耐蚀性，并能改善钢的焊接和冷弯等的工艺性能。
3．锰和氮——可代替铬镍不锈钢中的镍 锰和氮在不锈钢中有镍相仿的作用。锰的稳定奥氏体作用为镍的二分之一，而氮的作 用比镍大很多，约为镍的 40 倍左右。因而锰和氮可代镍获得单一的奥氏体组织。但锰的加 入会使含铬低的不锈钢耐蚀性降低。同时，高锰奥氏体钢不易加工。因此，在不锈钢中不单 独使用锰，只用部分代替镍。
4．碳——在不锈钢中具有两重性 碳在不锈钢中的含量及其分布的形式，在很大程度上左右着不锈钢的性能和组织：一方 面碳是稳定奥氏体元素，并作用的程度很大，约为镍的 30 倍，含碳量高的（马氏体）不锈 钢，完全可以接受淬火强化，从而在机械性能方面可大大提高它的强度；另一方面由于碳和 铬的亲和力很大， 在不锈钢中要占用十七倍碳量的铬与它结合成碳化铬。 随着钢中含碳量的 增加，则与碳形成碳化物的铬越多，从而显著降低钢的耐蚀性。所以，从强度与耐腐蚀性能 两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。在实际应用中，为了达到耐腐蚀的目的， 不锈钢的含碳量一般较低，在大多在 0.1%左右，为了进一步提高钢的耐腐蚀能力，特别是 抗晶间腐蚀的能力，常采用超低碳的不锈钢，含碳量在 0.03%甚至更低；但用于制造滚动 轴承、弹簧、工具等不锈钢，由于要求有高的硬度和耐磨性，因而含碳量较高，一般均在 0. 85~1.00%之间。如 9Cr18 钢等。
5．钼和铜——能提高某些不锈钢对某些介质的耐腐蚀性能 钼和铜能提高不锈钢对、醋酸等腐蚀介质的耐蚀能力。钼还能显著提高对含氯离子的介 质（如）以及有机酸中的耐蚀能力。但含钼的不锈钢不宜在硝酸中应用，含钼的不锈钢在沸 腾的 65%硝酸中的腐蚀速度比不含钼的增加一倍；铜加入铬锰氮不锈钢中，会加速不锈钢 的晶间腐蚀。 钼对钢获得单一奥氏体组织有不利影响，因此在含钼钢中，为了使钢在热处理后具有单 一的奥氏体组织。镍在锰等元素的含量要相应的提高。
6．硅和铝——能提高不锈钢的抗氧化能力 硅对提高铬钢抗氧化能力的作用很显著，含 5%铬及 1%硅的钢，抗氧化的能力可与 12% 铬钢相等。如使钢在 1000℃能抵抗氧化，含 0.5%硅时需要 22%的铬，如加入 2.5～3%的 硅以后，只需要 12%的铬就可以了。有资料还介绍，向 Cr15Ni20 的铬镍钢中加 2.5%的硅， 抗氧化性能可相当 Cr15Ni60 的铬镍合金。 向高铬钢中加铝也能使抗氧化性能显著提高，它的作用与加硅的功能相仿。 向高铬钢中加硅和铝的目的： 一是为了进一步提高钢的抗氧化性能， 二是为了节约用铬。 硅和铝对提高铬钢抗氧化性能的作用虽然很大，但也有很多缺点。最主要的是它使钢的 晶粒粗化和脆性倾向增大。
7．钨和钒加入钢中，其主要作用是提高钢的热强性。
8．硼 高铬铁素体不锈钢（Cr17MO2Ti）中加 0.005%的硼，可使钢在沸腾的 65%醋酸中的耐 腐蚀性能提高；奥氏体不锈钢中加入微量（0.0006～0.0007%）的硼，可使钢的热态塑性改 善；硼对提高钢的热强性有良好的作用，可使不锈钢的热强性显著提高；含硼的铬镍奥氏体 不锈钢在原子能工业中有着特殊的用途。 但不锈钢中含硼会使钢的塑性和冲击韧性降低。
9.除以上元素外，有些不锈钢中还分别加入稀有金属元素和稀土元素以改善钢 的性能。 以上谈到了构成不锈钢的基本元素——铬，和影响不锈钢组织、性能的重要元素——碳， 以及改善不锈钢性能和组织的添加元素——镍、锰、氮、钛、铌、钼、铜、硅、铝、钨、钒、 硼等十多个元素。 在工业上实际应用的不锈钢， 很多钢中同时存在着几种至十几种合金元素， 当几种元素共存于不锈钢这一统一体中时，决定不锈钢组织的是各种元素影响的总和。 各种元素对不锈钢组织的影响，根据其共同性，概括起来，基本上分属于两大类：一类 是形成或稳定奥氏体的元素，它们是碳、镍、锰、氮、铜、以碳和氮的作用程度最大；另一 类是形成铁素体的元素，它们是铬、钨、钼、铌、硅、钛、钒、铝等，这一类元素形成铁素 体的作用，如以铬为 1 来加以比较，其他元素的作用都比铬大。 这两类元素共存于不锈钢中时，不锈钢的组织就取决于他们互相影响的结果。如果稳定 奥氏体的元素的作用居于主要方面的话， 不锈钢的组织就以奥氏体为主， 很少以至没有铁素 体； 如果他们的作用程度还不能使钢的奥氏体保持至室温的话， 这种不稳定的奥氏体在冷却 时即发生马氏体转变， 钢的组织则为马氏体； 如果形成铁素体的元素的作用成为主要方面的 话，钢的组织则以铁素体为主。 不锈钢的性能除工艺因素外，主要取决于其内部组织的构成，而构成不锈钢组织的是各 种合金元素在钢中的总和。因此说，不锈钢的性能，归根到底主要是由合金元素决定的。 只含有铬元素的不锈钢，人们通常称它为“不锈铁”，工业上称它为“铬不锈钢”。这类钢都 具有磁性，他们的金相组织为铁素体、马氏体或铁素体、马氏体为主体的复相组织。这类钢 具有抵抗大气及弱腐蚀介质的能力，或有更高的耐腐蚀性能与抗氧化性能，或可淬火使用。 但他们的机械性能或工艺性能较差， 几乎没有焊接性能等等的不足之处。 这类钢远不能满足 工业用钢的特殊要求。 在铬级不锈钢的基体中，加入适量的镍元素。如在含铬 18%的低炭（0.12%以下的炭） 的铁素体钢中加入 8%的镍后，在常温下可获得最理想的纯奥氏体组织，这种钢就是人们通 常所称的无磁性的不锈钢。这类铬镍不锈钢与相同含铬量的铁素体或马氏体耐酸不锈钢比 较， 不仅具有更高的耐腐蚀性能， 更重要提他们具有良好的冷变形使之硬化的性能和焊接性 能，在常温或低温下均具有很高的塑性和冲击韧性，不具磁性等等的优良性能。这类不锈钢 的缺点是机械性能比较低， 对晶间腐蚀及应力腐蚀比较敏感， 但通过适量的合金添加剂或工 艺措施，就能改善或消除。 在铬级不锈钢的基本中，添加以锰为主要合金元素的不锈钢。就是人们通常所讲的“铬锰 氮”不锈钢。这类不锈钢除强度比铬镍钢为高外，其他如耐腐蚀性和工艺性能等都不如铬镍 奥氏体不锈钢好。生产这类不锈钢除个别情况下，主要是为了节约昂贵的镍元素，所以这类 钢又叫节镍不锈钢。