镍在不锈钢中作用

《镍在不锈钢中作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《镍在不锈钢中作用（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、镍在不锈钢中作用镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。普通碳钢的晶体结构称为铁氧体，呈体心立方（BCC）结构，加入镍，促使晶体结构从体心立方（BCC）结构转变为面心立方（FCC）结构，这种结构被称为奥氏体。然而，镍并不是唯一具有此种性质的元素。常见的奥氏体形成元素有：镍、碳、氮、锰、铜。这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。目前，人们已经研究出很多公式来表述奥氏体形成元素的相对重要性，最著名的是下面的公式：奥氏体形成能

2、力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%从这个等式可以看出：碳是一种较强的奥氏体形成元素，其形成奥氏体的能力是镍的 30 倍，但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中，因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。氮元素形成奥氏体的能力也是镍的 30 倍，但是它是气体，想要不造成多孔性的问题，只能在不锈钢中添加数量有限的氮。添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少和焊接的问题。从镍等式中可以看出，添加锰对于形成奥氏体并不非常有效，但是添加锰可以使更多的氮溶解到不锈钢中，而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。在200 系列的不锈钢中，正是用足够的锰和氮来代替镍形成 100%的奥氏体

3、结构，镍的含量越低，所需要加入的锰和氮数量就越高。例如在 201 型不锈钢中，只含有 4.5%的镍，同时含有 0.25%的氮。由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于 7.5%的镍，所以同样可以形成 100%奥氏体结构。这也是 200 系列不锈钢的形成原理。在有些不符合标准的 200 系列不锈钢中，由于不能加入足够数量的锰和氮，为了形成 100%的奥氏体结构，人为的减少了铬的加入量，这必然导致了不锈钢抗腐蚀能力的下降。在不锈钢中，有两种相反的力量同时作用：铁素体形成元素不断形成铁素体，奥氏体形成元素不断形成奥氏体。最终的晶体结构取决于两类添加元素的相对数量。铬是一种铁素体形成元素，所以铬在

4、不锈钢晶体结构的形成上和奥氏体形成元素之间是一种竞争关系。因为铁和铬都是铁素体形成元素，所以 400 系列不锈钢是完全铁素体不锈钢，具有磁性。在把奥氏体形成元素-镍加入到铁-铬不锈钢的过程中，随着镍成分增加，形成的奥氏体也会逐渐增加，直至所有的铁素体结构都被转变为奥氏体结构，这样就形成了 300 系列不锈钢。如果仅添加一半数量的镍，就会形成 50%的铁素体和 50%的奥氏体，这种结构被称为双相不锈钢。400 系列不锈钢是一种铁、碳合铬的合金。这种不锈钢具有马氏体结构和铁元素，因此具有正常的磁特性。400 系列不锈钢具有很强的抗高温氧化能力，而且与碳钢相比，其物理特性和机械特性都有进一步的改善。

5、大多数 400 系列不锈钢都可以进行热处理。300 系列不锈钢是一种含有铁、碳、镍和铬的合金材料，一种无磁性不锈钢材料，比 400 系列不锈钢具有更好的可锻特性。由于 300 系列不锈钢的奥氏体结构，因此它在许多环境中具有很强的抗腐蚀性能，具有很好的抗金属超应力引起的腐蚀所造成的断裂的性能，而且其材料特性不受热处理的影响。不锈钢酸洗工艺过程中防腐材料的选择不锈钢酸洗工艺的酸洗液一般为多种酸的混合物，主要有硫酸、硝酸和氢氟酸等，这些混合酸的腐蚀性很强，同时具有很强的氧化性、较高的腐蚀介质的温度，这对防腐材料的耐蚀性能提出了很高的要求。不锈钢酸洗生产线工艺从生产到废水废气回收系统，各个环节都存在很

6、强的腐蚀状态，因此防腐材料选择的好坏直接关系到设备、车间地坪、地沟、废水废气的环保回收系统等处的正常使用。 如何对酸洗项目防腐进行选材呢？首先是玻璃钢管道和贮罐的结构及原材料选择，其次是车间地坪、设备基础防腐蚀一般采用树脂砂浆地坪结构。 玻璃钢管道和贮罐的结构及原材料选择。酸洗项目中所用的贮罐和管路系统及酸雾回收系统现在基本选用玻璃钢材质，结构为防渗层+防腐层+结构强度层。一般情况下防渗层和防腐层至少厚 68 毫米。树脂选用合适的耐腐蚀环氧乙烯基酯树脂，专家介绍说-在介质为非氧化性酸、温度条件不是很高时，宜选用双酚 A 环氧乙烯基树脂；在氧化性酸、温度条件要求高时，宜选用酚醛环氧乙烯基树脂。为

7、了降低成本结构层大都选用间苯不饱和聚酯树脂，厚度根据具体的结构设计计算。混酸和废酸贮罐由于腐蚀介质比较复杂，一般选用 PVDF/FRP 复合罐，但复合罐间 PVDF 和玻璃钢的粘结是一个亟待解决的问题，而且价格较高造成成本的增加，宜选用海特酸树脂(791H)做为内衬防腐材料，能满足以上介质条件的防腐蚀要求。 车间地坪、设备基础防腐蚀一般采用树脂砂浆地坪结构，总厚度约为 7-10毫米)，结构为：底漆 1-2 道+玻璃钢(2 布 3 油)隔离层+树脂砂浆层(5-7 毫米)+面层(约 1 毫米)。地坪、设备基础的防腐蚀树脂现在都采用环氧乙烯基树脂，但是在底漆的选择上施工单位还习惯采用环氧树脂做底涂材

8、料，以增加树脂和基层的粘结性能。环氧树脂一般会采用胺类固化剂，固化后表面有油性物质浮出，再和乙烯基树脂粘结时不能够很好的匹配，需要对固化后的表面进行处理方可进行后续的防腐蚀结构施工，若处理不好容易分层、开裂。据专家介绍，环氧乙烯基树脂和混凝土基础间粘结力达 2MPa 以上，所以环氧乙烯基树脂作为底涂材料已经具有足够的粘结性能，因此推荐直接用环氧乙烯基树脂作为底涂材料进行打底，其他各层采用相同的环氧乙烯基树脂。超级奥氏体不锈钢 904L(UNS N08904)对应的焊接E385 焊丝/焊条(AWS A5.9 ER385/E385-16)是超级奥氏体不锈钢 904L(UNS N08904)对应的焊

9、接材料焊丝 ER385。本规格之公称组成(Wt%)为 20.5Cr、25Ni、4.7Mo 及1.5Cu。ER385 填料金属主要做为硫酸及许多含氯媒介搬运设备材料 ASTM B625、B673、B674 及 B677(UNS NO8904)之焊接。ER385 填料金属也可做为规定媒介改善耐腐蚀性需要 Type 317L 材料之焊接。ER385 填料金属可用于 UNS NO8904 母材与其它等级不锈钢之焊接。元素 C、S、P 及 Si 被规定在较低之最大水准以降低全沃斯田铁焊接金属经常遭遇热裂及隙裂(当维持耐蚀时)问题。904L(00Cr20Ni25Mo4.5Cu)N08904 是一种含碳量很

10、低的高合金化的奥氏体不锈钢。该钢是为腐蚀条件苛刻的环境所设计的。最初该钢是为在稀硫酸中抗腐蚀而开发的，这一特性经多年的实际应用已被验证是很成功的。现在 904L 在许多国家已经被标准化，并已被审定可用于制造压力容器。 904L 的专用焊条为 E385-16,瑞典 AVESTA 公司和美国 TECHALLOY 公司均有生产,国内天泰焊材的 TS-385 也是为该类钢材配套的焊条.不锈钢的力学性能 一、强度（抗拉强度、屈服强度） 不锈钢的强度由各种因素来确定，但最重要的和最基本的因素是其中添加的不同化学元素，主要是金属元素。不同类型的不锈钢由于其化学成分的差异，就有不同的强度特性。 （1）马氏体型

11、不锈钢 马氏体型不锈钢与普通合金钢一样具有通过淬火实现硬化的特性，因此可通过选择牌号及热处理条件来得到较大范围的不同的力学性能。 马氏体型不锈钢从大的方面来区分，属于铁-铬-碳系不锈钢.进而可分为马氏体铬系不锈钢和马氏体铬镍系不锈钢。在马氏体铬系不锈钢中添加铬、碳和钼等元素时强度的变化趋势和在马氏体铬镍系不锈钢中添加镍的强度特性如下所述。马氏体铬系不锈钢在淬火回火条件下，增加铬的含量可使铁素体含量增加，因而会降低硬度和抗拉强度。低碳马氏体铬不锈钢在退火条件下，当铬含量增加时硬度有所提高，而延伸率略有下降。在铬含量一定的条件下，碳含量的增加使钢在淬火后的硬度也随之增加，而塑性降低。添加钼的主要目

12、的是提高钢的强度、硬度及二次硬化效果。在进行低温淬火后，钼的添加效果十分明显。含量通常少于 1%。 在马氏体铬镍系不锈钢中，含一定量的镍可降低钢中的 铁素体含量，使钢得到最大硬度值。 马氏体型不锈钢的化学成分特征是，在 0.1%-1.0%C，12%-27%Cr 的不同成分组合基础上添加钼、钨、钒和铌等元素。由于组织结构为体心立方结构，因而在高温下强度急剧下降。而在 600以下，高温强度在各类不锈钢中最高，蠕变强度也最高。 （2）铁素体型不锈钢 据研究结果，当铬含量小于 25%时铁素体组织会抑制马氏体组织的形成，因而随铬含量的增加其强度下降；高于 25%时由于合金的固溶强化作用，强度略有提高。钼

13、含量的增加可使其更易获得铁素体组织，可促进 相、 相和 相的析出，并经固溶强化后其强度提高。但同时也提高了缺口敏感性，从而使韧性降低。钼提高铁素体型不锈钢强度的作用大于铬的作用。 铁素体型不锈钢的化学成分特征是含 11%-30%Cr，其中添加铌和钛。其高温强度在各类不锈钢中是最低的，但对热疲劳的抗力最强。 （3）奥氏体型不锈钢 奥氏体型不锈钢中增加碳的含量后，由于其固溶强化作用使强度得到提高。 奥氏体型不锈钢的化学成分特性是以铬、镍为基础添加钼、钨、铌和钛等元素。由于其组织为面心立方结构，因而在高温下有高的强度和蠕变强度。还由于线膨胀系数大，因而比铁素体型不锈钢热疲劳强度差。 （4）双相不锈钢

14、 对铬含量约为 25%的双相不锈钢的力学性能研究表明，在 + 双相区内镍含量增加时 相也增加。当钢中的铬含量为 5%时，钢的屈服强度达到最高值；当镍含量为 10%时，钢的强度达到最大值。 二、蠕变强度 由于外力的作用随时间的增加力发生变形的现象称之为蠕变。在一定温度下特别是在高温下、载荷越大则发生蠕变的速度越快；在一定载荷下，温度越高和时间越长则发生蠕变的可能性越大。与此相反，温度越低蠕变速度越慢，在低至一定温度时蠕变就不成问题了。这个最低温度依钢种而异，一般来说，纯铁在 330左右，而不锈钢则因已采取各种措施进行了强化，所以该温度是 550以上。 和其他钢一样，熔炼方式、脱氧方式、凝固方法、

15、热处理和加工等对不锈钢的蠕变特性有很大的影响，据介绍，在美国进行的对 188 不锈钢进行的蠕变强度试验表明，取自同一钢锭同一部位的试料的蠕变断裂时间的标准偏差是平均值的约 11%，而取自不同钢锭的上、中、下不同部位的试料的标准偏差与平均值相差则达到两倍之多。又据在德国进行的试验结果表明，在 105h 时间下0Cr18Ni11Nb 钢的强度为小于 49MPa 至 118MPa，散差很大。 三、疲劳强度 高温疲劳是指材料在高温下由于周期反复变化着的应力的作用而发生损伤至断裂的过程。对其进行的研究结果表明，在某一高温下，108次高温疲劳强度是该温度下高温抗拉强度的 1/2。 热疲劳是指在进行加热（膨

16、胀）和冷却（收缩）的过程中，当温度发生变化和受到来自外部的约束力时，在材料的内部相应于其本身的膨胀和收缩变形产生应力，并使材料发生损伤。当快速地反复加热和冷却时其应力就具冲击性，所产生的应力与通常情况相比更大，此时有的材料呈脆性破坏。这种现象被称之为热冲击。热疲劳和热冲击是有着相似之处的现象，但前者主要伴随大的塑性应变，而后者的破坏主要是脆性破坏。 不锈钢的成分和热处理条件对高温疲劳强度有影响。特别是当碳的含量增加时高温疲劳强度明显提高，固溶热处理温度也有显著的影响。一般来说铁素体型不锈钢具有良好的热疲劳性能。在奥氏体不锈钢中，高硅的且在高温下具有良好的延伸性的牌号有着良好的热疲劳性能。 热膨胀系数越小、在同一热周期作用下应变量越小、变形抗力越小和断裂强度越高，寿命就越长。可以说马氏体型不锈钢 1Cr17 的疲劳寿命最长，而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13 和 2Cr25Ni20 等奥氏体型不锈钢的疲劳寿命最短。 另外铸件较锻件更易发生由于热疲劳引起的破坏。 在室温下，107 次疲劳强度是抗拉强度的