阀门材料学|各元素在不锈钢中的作用

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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板材，管材，棒材中时，不锈钢的性能就取决于他们互相影响的结果。

[size=1em]1）铬 Cr ——是构成不锈钢的基本元素

铬是不锈钢的基本成分，不锈钢保持钝态要求含铬量大于12%。

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%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。

[size=1em]2）镍 Ni ——单独不能构成不锈钢

镍是奥氏体不锈钢的基本元素之一。

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。

[size=1em]3）锰Mn和氮N——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。

[size=1em]4）钼Mo和铜Cu——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。

[size=1em]5 ）硅Si和铝Al ——能提高不锈钢的抗氧化能力 可改进耐晶间腐化性能，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。
[size=1em]6 ）钨W和钒V——主要起提高钢的热强性以及强度，韧性和耐磨性能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性。钒能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性。在高铁镍合金中加入钒，经适当热处理后可提高磁导率。在永磁钢中加钒，能提高磁矫顽力。不锈耐酸钢中，钒可改善抗晶间腐蚀的性能，但作用不及Ti、Nb显著。
[size=1em]7 ）硼B——可改进耐晶间腐化性能高铬铁素体不锈钢（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。
[size=1em]8 ）其他元素

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，很多钢种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一体中时，决定不锈钢组织的是各种元素影响的总和。