合金元素对不锈钢组织和性能的影响

2021-3-31 9:55:22 admin 68

不锈钢的分类

1、按化学成分可分为:铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰不锈钢、铬镍钼不锈钢以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等。

2、按金相组织可分为:马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体一铁素体不锈钢等。

3、按钢的性能特点和用途分:如耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力不锈钢、高强度不锈钢等。

4、按钢的功能特点分:如低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢,超塑性不锈钢等。

合金元素对不锈钢耐腐蚀性的影响

1铬

铬是决定不锈钢耐蚀性的主要元素,铬元素是α稳定化元素。铬的氧化物比较致密,可形成耐蚀的保护膜。

2碳

碳能强烈地稳定奥氏体,同时又是不锈钢强化的主要元素;碳与铬能形成一系列碳化物,使不锈钢的耐蚀性受到严重影响;同时碳会使不锈钢的加工性能和焊接性能变坏,使铁素体不锈钢变脆,因此在不锈钢的生产中和开发中,碳的应用和控制是一项重要的工作。

3镍

镍是不锈钢中3个重要元素之一,镍能够提高不锈钢的耐蚀性;镍还是γ相稳定化元素,是不锈钢中获得单相奥氏体和促进奥氏体形成的主要元素。

镍含量的增加会降低CN在奥氏体钢中的溶解度,随着镍含量的提高,产生晶间腐蚀的临界含碳量降低,即钢的晶间腐蚀敏感性增加。此外,镍还可以提高奥氏体不锈钢的高温抗氧化性能,这主要与镍改善铬的氧化膜的成分、结构和性能有关,但镍的存在会降低钢的抗高温硫化性能。

4锰

锰是比较弱的奥氏体形成元素,但具有强烈稳定奥氏体组织的作用。锰在奥氏体不锈钢中部分替代Ni2%Mn相当1%Ni。锰也能提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性,而且比镍更有效。

5氮

氮元素在早期主要用于Cr-Mn-NCr-Mn-Ni-N奥氏体不锈钢中,以节约Ni元素。近年来氮已经成为Cr-Ni奥氏体不锈钢的重要元素。

在奥氏体不锈钢中加入氮,可以稳定奥氏体组织,提高强度、耐腐蚀性能,特别是局部耐腐蚀性能,如耐晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。

目前应用的含氮奥氏体不锈钢主要以耐腐蚀为主,同时具有较高的强度;可以分为控氮型(0.05%~0.10%N)、中氮型(0.10%~0.50%N)和高氮型(0.40%以上N3种类型。

6钛、铌、钼及稀土元素

钛和铌是强碳化物形成元素,可优先于铬同碳形成碳化物,防止晶间腐蚀,提高耐蚀性。钛和铌的加入必须与钢中的碳保持一定的比例。

钼能提高不锈钢的钝化能力,扩大其钝化介质范围,含钼的钝化膜在许多介质中具有很高的稳定性,不易溶解,如在热硫酸、稀盐酸、磷酸和有机酸中。

稀土元素如CeLaY等加入到不锈钢中,可以微量固溶在基体中,净化晶界,均匀组织,减少析出物的析出及在晶界的偏聚,从而改善钢的耐腐蚀性和力学性能。

腐蚀介质对不锈钢耐蚀性的影响

金属的耐蚀性不仅与金属材料本身有关,还与腐蚀介质的种类、浓度、温度及压力等腐蚀环境的条件有关。在实际的应用中,腐蚀介质的氧化能力影响最大,因此要根据工作介质的特点来正确选择使用不锈钢的钢种。

在大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质中,只要不锈钢基体的Cr含量大于13%,就能够保证不锈钢的耐蚀性。如水压机阀门、蒸汽发电机透平叶片、水蒸气管道等部件。

在氧化性介质中,如硝酸,硝酸的NO3-具有强的氧化性,不锈钢表面的氧化膜容易形成,钝化时间短。因此只有含高铬的氧化膜在硝酸中才具有很好的稳定性。在沸腾的硝酸中,12Cr13不锈钢不耐蚀,铬含量为17%~30%Cr17Cr30钢在浓度为0%~65%范围内的硝酸中是耐蚀的。

在非氧化性介质中,如稀硫酸、盐酸、有机酸,这类腐蚀介质的含氧量低,钝化所需时间要延长。当介质中含氧量低到一定程度时,不锈钢就不能钝化。如在稀硫酸中,基本上没有使钢钝化的能力,铬不锈钢的腐蚀速度甚至比碳钢还快,所以一般的Cr不锈钢或Cr-Ni不锈钢难以达到钝化状态,因而不耐腐蚀。因此,在这类介质中工作的不锈钢需要加入提高钢钝化能力的元素,如钼、铜等元素。盐酸也是非氧化性酸,不锈钢在其中也不耐腐蚀,一般需采用Ni-Mo合金,在合金表面生成稳定的保护膜,保证合金不被腐蚀。

在强有机酸中,由于介质中氧含量低,同时又有H+存在,一般铬和铬镍不锈钢难以钝化,必须在钢中加入MoCuMn等元素,提高不锈钢的钝化能力。所以选择Cr-Mn型不锈钢较好,在此基础上再加入一定量的MoCu使钢容易钝化,耐腐蚀。

在含有Cl-的介质中,Cl-容易破坏不锈钢表面的氧化膜,穿过氧化膜并与钢表面起作用,使钢产生点腐蚀。因此海水对不锈钢有很大的腐蚀性。

实际上,还没有哪一种不锈钢能够抵抗所有介质的腐蚀。所以必须根据具体的腐蚀环境,结合各类不锈钢的特点,综合考虑选择不锈钢。

合金元素对不锈钢组织和性能的影响

注:——强作用,——中等作用,▲——弱作用