形成不銹(xiu)鋼的性能和組織,主要是由各種元素決定的。由于這些元素的加入,導致鋼的內部組織發生變化,從而使鋼具有特殊的性能。
1. 鉻
鉻是構成不銹鋼的基本元素。鉻是決定不銹鋼耐腐蝕性能的最基本元素。鉻能使鋼的表面很快形成一層實際為腐蝕介質不能透過和不溶解的富鉻的氧化膜;鉻還能有效地提高鋼的電極電位。當含鉻量不低于12.5%時,可使鋼的電極電位發生突變,由負電位升到正的電極電位。因而可顯著提高鋼的耐蝕性。鉻的含量越高,鋼的耐蝕性能越好。當含鉻量達到25%、37.5%時,會發生第二次、第三次的突變,使鋼具有更高的耐腐蝕性能。
2. 鎳
鎳單獨不(bu)能構(gou)成不(bu)銹鋼。鎳對不(bu)銹鋼耐腐蝕(shi)的(de)影響,只(zhi)有它與鉻配合時(shi)才能充分顯示出來。在含鉻18%的(de)鋼中加入9%的(de)鎳,就能使(shi)鋼在常溫下獲得單一奧氏體(ti)組(zu)織,并可以提(ti)高鋼對非氧(yang)化性(xing)介質(如:稀(xi)硫酸、鹽酸、磷(lin)酸等)的(de)耐蝕(shi)性(xing),并能改(gai)善鋼的(de)焊接和(he)冷彎(wan)等的(de)工藝(yi)性(xing)能。
3. 錳和氮(dan)
錳(meng)和氮可代(dai)(dai)替鉻(ge)鎳(nie)(nie)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的(de)鎳(nie)(nie)。錳(meng)和氮在不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)有(you)與鎳(nie)(nie)相仿的(de)作用。錳(meng)的(de)穩定奧氏體作用為鎳(nie)(nie)的(de)二分(fen)之一,而(er)氮的(de)作用比鎳(nie)(nie)大很多,約為鎳(nie)(nie)的(de)40倍(bei)左右。因(yin)而(er)錳(meng)和氮可代(dai)(dai)鎳(nie)(nie)獲得單一的(de)奧氏體組(zu)織(zhi)。但(dan)錳(meng)的(de)加入會使(shi)含鉻(ge)低的(de)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)耐蝕(shi)性降低。同時,高錳(meng)奧氏體鋼(gang)不(bu)(bu)(bu)易加工(gong)。因(yin)此,在不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)不(bu)(bu)(bu)單獨使(shi)用錳(meng),只用部分(fen)代(dai)(dai)替鎳(nie)(nie)。
4. 碳(tan)
碳(tan)在(zai)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)具有兩(liang)重性(xing)。碳(tan)在(zai)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)含(han)量(liang)(liang)(liang)及其(qi)分布(bu)的(de)形式,在(zai)很(hen)大(da)程度(du)(du)上(shang)左右(you)(you)著不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)和(he)組織(zhi):①. 碳(tan)是穩(wen)定(ding)奧氏(shi)體(ti)元素(su),并作用的(de)程度(du)(du)很(hen)大(da),約為(wei)鎳的(de)30倍(bei),含(han)碳(tan)量(liang)(liang)(liang)高的(de)(馬氏(shi)體(ti))不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang),完(wan)全可以接受淬火強化(hua)(hua),從而(er)在(zai)機械性(xing)能(neng)(neng)(neng)方面可大(da)大(da)提(ti)(ti)高它(ta)的(de)強度(du)(du);②. 由于碳(tan)和(he)鉻(ge)的(de)親和(he)力(li)(li)很(hen)大(da),在(zai)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)要占用17倍(bei)碳(tan)量(liang)(liang)(liang)的(de)鉻(ge)與它(ta)結(jie)合成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)鉻(ge)。隨著鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)含(han)碳(tan)量(liang)(liang)(liang)的(de)增加,則與碳(tan)形成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)物的(de)鉻(ge)越多,從而(er)顯著降低(di)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)。所以,從強度(du)(du)與耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)兩(liang)方面來看,碳(tan)在(zai)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)作用是互相矛盾的(de)。在(zai)實(shi)際應用中(zhong),為(wei)了達到(dao)耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)目的(de),不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)含(han)碳(tan)量(liang)(liang)(liang)一般較低(di),大(da)多在(zai)0.1%左右(you)(you),為(wei)了進一步(bu)提(ti)(ti)高鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li),特別是抗晶間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li),常采(cai)用超(chao)低(di)碳(tan)的(de)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang),含(han)碳(tan)量(liang)(liang)(liang)在(zai)0.03%甚至更低(di)。
5. 鈦和鈮
鈦和鈮能防止不銹鋼的晶間腐蝕。不銹鋼加熱到450~800℃時,常常由于在晶界析出鉻的碳化物而使晶界附近的含鉻量下降形成貧鉻區,導致晶界附近的電極電位下降,從而引起電化學腐蝕。這種腐蝕叫作晶間腐蝕。常見的如在焊縫附近的熱影響區內發生的晶間腐蝕。而鈦和鈮是強碳化物形成元素,它們與碳的親和力比鉻大得多,鋼中加入鈦或鈮,就能使鋼中的碳首先與鈦或鈮形成碳化物,而不與鉻形成碳化物,從而保證晶界附近不致因貧鉻而產生晶間腐蝕。因此,鈦和鈮常用來固定鋼中的碳,提高不銹鋼抗晶間腐蝕的能力,并改善鋼的焊接性能。鈦或鈮的加入量要根據含碳量而定,一般地,鈦的加入量為含碳量的5倍,鈮為碳的8倍。
6. 鉬和銅
鉬(mu)和(he)(he)銅能提(ti)高(gao)某些(xie)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)對(dui)(dui)某些(xie)介質的耐(nai)腐蝕(shi)(shi)性能。鉬(mu)和(he)(he)銅能提(ti)高(gao)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)對(dui)(dui)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)、醋酸(suan)(suan)(suan)(suan)等腐蝕(shi)(shi)介質的耐(nai)蝕(shi)(shi)能力。鉬(mu)還能顯著(zhu)提(ti)高(gao)對(dui)(dui)含(han)氯離子的介質(如鹽酸(suan)(suan)(suan)(suan))以及有(you)機酸(suan)(suan)(suan)(suan)的耐(nai)蝕(shi)(shi)能力。但(dan)含(han)鉬(mu)的不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)不(bu)(bu)宜在(zai)(zai)硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)中應用,含(han)鉬(mu)的不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)沸騰的65%硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)中的腐蝕(shi)(shi)速度(du)比不(bu)(bu)含(han)鉬(mu)的增加(jia)一(yi)倍(bei);銅加(jia)入鉻錳(meng)氮不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中,會加(jia)速不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的晶(jing)間腐蝕(shi)(shi)。鉬(mu)對(dui)(dui)鋼(gang)(gang)(gang)獲(huo)得單(dan)一(yi)奧(ao)氏體組織(zhi)有(you)不(bu)(bu)利影(ying)響,因(yin)此在(zai)(zai)含(han)鉬(mu)鋼(gang)(gang)(gang)中,為了(le)使鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)熱處理后具(ju)有(you)單(dan)一(yi)的奧(ao)氏體組織(zhi)。鎳在(zai)(zai)錳(meng)等元素的含(han)量(liang)中要相應提(ti)高(gao)。
7. 硅(gui)和鋁
硅(gui)(gui)和鋁(lv)能(neng)(neng)(neng)提(ti)(ti)高(gao)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)抗(kang)(kang)(kang)(kang)(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)能(neng)(neng)(neng)力。硅(gui)(gui)對提(ti)(ti)高(gao)鉻(ge)(ge)(ge)鋼(gang)(gang)抗(kang)(kang)(kang)(kang)(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)能(neng)(neng)(neng)力的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)很(hen)顯(xian)著,含(han)5%鉻(ge)(ge)(ge)及1%硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)鋼(gang)(gang),抗(kang)(kang)(kang)(kang)(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)力可與12%鉻(ge)(ge)(ge)鋼(gang)(gang)相等。如要(yao)使鋼(gang)(gang)在(zai)1000℃能(neng)(neng)(neng)抵抗(kang)(kang)(kang)(kang)(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua),含(han)0.5%硅(gui)(gui)時(shi)需要(yao)22%的(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)(ge),如加(jia)入2.5%~3%的(de)(de)(de)硅(gui)(gui)以(yi)后,只需要(yao)12%的(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)(ge)就可以(yi)了。有資料還介紹,向(xiang)(xiang)Cr15Ni20的(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)(ge)鎳(nie)鋼(gang)(gang)中(zhong)加(jia)2.5%的(de)(de)(de)硅(gui)(gui),抗(kang)(kang)(kang)(kang)(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)性(xing)能(neng)(neng)(neng)可相當于Cr15Ni60的(de)(de)(de)鉻(ge)(ge)(ge)鎳(nie)合金。向(xiang)(xiang)高(gao)鉻(ge)(ge)(ge)鋼(gang)(gang)中(zhong)加(jia)鋁(lv)也能(neng)(neng)(neng)使抗(kang)(kang)(kang)(kang)(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)性(xing)能(neng)(neng)(neng)顯(xian)著提(ti)(ti)高(gao),它的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)與加(jia)硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)功能(neng)(neng)(neng)相仿。向(xiang)(xiang)高(gao)鉻(ge)(ge)(ge)鋼(gang)(gang)中(zhong)加(jia)硅(gui)(gui)和鋁(lv)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de):一是(shi)為了進一步提(ti)(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)抗(kang)(kang)(kang)(kang)(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)性(xing)能(neng)(neng)(neng);二是(shi)為了節約(yue)用(yong)鉻(ge)(ge)(ge)。硅(gui)(gui)和鋁(lv)對提(ti)(ti)高(gao)鉻(ge)(ge)(ge)鋼(gang)(gang)抗(kang)(kang)(kang)(kang)(kang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)性(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)雖然很(hen)大(da),但也有很(hen)多缺(que)點(dian)。最主要(yao)的(de)(de)(de)是(shi)它使鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)晶粒(li)粗化(hua)(hua)和脆(cui)性(xing)傾向(xiang)(xiang)增大(da)。
8. 鎢和(he)釩
鎢(wu)和(he)釩(fan)加入鋼中(zhong),其(qi)主要作(zuo)用是提高鋼的熱強性。
9. 硼
高鉻鐵素體不銹鋼(Cr17Mo2Ti)中加0.005%的硼,可使鋼在沸騰的65%醋酸中的耐腐蝕性能提高;奧氏體不(bu)銹鋼中加入微量(0.0006%~0.0007%)的硼,可使鋼的熱態塑性改善;硼對提高鋼的熱強性有良好的作用,可使不銹鋼的熱強性顯著提高;含硼的鉻鎳奧氏體不銹鋼在原子能工業中有著特殊的用途。但不銹鋼中含硼會使鋼的塑性和沖擊韌性降低。
10. 其他元素(su)
除(chu)以上(shang)元(yuan)(yuan)素外,有(you)些不銹鋼中還分別加入稀(xi)有(you)金屬元(yuan)(yuan)素和(he)稀(xi)土元(yuan)(yuan)素以改善鋼的性能。

