不锈钢中元素的影响

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1、不 锈 钢 中 元 素 的 影 响在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，不锈钢是具有 美观的表面和耐腐蚀性能好，不必经过镀色等表面处理，而发挥不锈钢所固有的 表面性能,使用于多方面的钢铁的一种，通常称为不锈钢。代表性能的有13铬钢， 18-铬镍钢等高合金钢。从金相学角度分析，因为不锈钢含有铬而使表面形成很 薄的铬膜，这个膜隔离开与钢内侵入的氧气起耐腐蚀的作用。为了保持不锈钢所 固有的耐腐蚀性，钢必须含有12%以上的铬。不锈钢种类:不锈钢可以按用途、 化学成分及金相组织来大体分类。以奥氏体系类的钢由18%铬-8%镍为基本组 成,各元素的加入量变化的不同，而开发各种用途的钢种。以化学

2、成分分类:.CR 系列:铁素体系列、马氏体系列.CR-NI系列:奥氏体系列，异常系列，析出硬化 系列。以金相组织的分类:奥氏体不锈钢铁素体不锈钢马氏体不锈钢. 双相不锈钢沉淀硬化不锈钢不锈钢的标识方法钢的编号和表示方法用国际 化学元素符号和本国的符号来表示化学成份，用阿拉伯字母来表示成份含量:如： 中国、俄国12CrNi3A用固定位数数字来表示钢类系列或数字;如:美国、日本、 300系、400系、200系;用拉丁字母和顺序组成序号，只表示用途。我国的编 号规则采用元素符号用途、汉语拼音，平炉钢:P、沸腾钢:F、镇静钢:B、甲 类钢:A、T8:特8、GCr15:滚珠合结钢、弹簧钢，如:20CrM

3、nTi60SiMn、（用万 分之几表示C含量）不锈钢、合金工具钢（用千分之几表示C含量），如:1Cr18Ni9 千分之一（即0.1%C）,不锈CS0.08%如0Cr18Ni9，超低碳CS0.03%如 0Cr17Ni13Mo国际不锈钢标示方法美国钢铁学会是用三位数字来标示各种标准 级的可锻不锈钢的。其中:奥氏体型不锈钢用200和300系列的数字标示， 铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。例如，某些较普通的奥氏体 不锈钢是以201、304、316以及310为标记，铁素体不锈钢是以430和446 为标记，马氏体不锈钢是以410、420以及440C为标记，双相（奥氏体-铁素体）， 不锈钢、沉

4、淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用专利名称 或商标命名。4）.标准的分类和分级4-1分级:国家标准GB行业标准YB地 方标准企业标准Q/CB4-2分类:产品标准包装标准方法标准基础标准 4-3标准水平（分三级）:Y级:国际先进水平I级:国际一般水平H级:国内先进水平 4-4国标GB1220-84不锈棒材（I级）GB4241-84不锈焊接盘园（H级）GB4356-84 不锈焊接盘园（I级）GB1270-80不锈管材（I级）GB12771-91不锈焊管（Y 级）GB3280-84不锈冷板（I级）GB4237-84不锈热板（I级）GB4239-91不锈冷带（I 级）不锈钢专业名词通俗

5、地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈 钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面 上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在 大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而 提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易 生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类， 有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢;按主要化学成分分类，基本上可 分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统;按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈 钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐

6、点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、 耐晶间腐蚀不锈钢等;按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低 温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、兼容 性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用 品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。奥氏体不锈钢:在常温下具有 奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni8%10%、C约0.1%时，具有稳 定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括着名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加 Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。 奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑

7、性，但强度较低，不可能通过相变使之 强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好 的易切削性。此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能 耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于0.03% 或含Ti、Ni，就可显着提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸肯有 良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各业中 获得了广泛的应用。铁素体不锈钢:在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。 含铬量在11%30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有 少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系

8、数大，膨胀系数小、抗氧化性好、 抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部 件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应 用。炉外精炼技术（AOD或VOD）的应用可使碳、氮等间隙元素大大降低，因此 使这类钢获得广泛应用。奥氏体-铁素体双相不锈钢:是奥氏体和铁素体组织各约 占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%28%，Ni含量在 3%10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥 氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐 晶间腐蚀性能和焊接性能均显着提高，同时还保持有铁

9、素体不锈钢的475C脆性 以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐 蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一 种节镍不锈钢。马氏体不锈钢:通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗 地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13 型,如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。 粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、 餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和 马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏 体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏

10、体时效不锈钢等。不锈钢的 物理化学机械特性不锈钢的物理性能主要用以下几方面来表示:热膨胀系数： 因温度变化而引起物质量度元素的变化。膨胀系数是膨胀-温度曲线的斜率，瞬 时膨胀系数是特定温度下的斜率，两个指定的温度之间的平均斜率是平均热膨胀 系数。膨胀系数可以用体积或者是长度表示，通常是用长度表示。密度:物质 的密度是该物质单位体积的质量，单位是kg/m3或1b/in3。.弹性模量:当施加 力于单位长度棱住的两端能引起物体在长度上的单位变化时，单位面积上所需的 力称为弹性模量。单位为1b/in3或N/m3。电阻率:在单位长度立方体材料的 两对面之间测量的电阻，单位用Q?m，Q?cm或（已废的）Q

11、/（circularmil.ft）来表 示。磁导率:无量纲系数，表示物质易被磁化的程度，是磁感应强度与磁场强 度之比。熔化温度范围:确定合金开始凝固和凝固完了的温度。比热:单位 质量的物质温度改变1度所需要的热量。在英制和CGs制中二者比热的数值相 同，因为热量的单位（Biu或cal）取决于单位质量的水升高1度听需的热量。国际 单位制中比热的数值与英制或CGS制是不同的，因为能量的单位J）是按不同的 定义定的。比热的单位是Btu（1b?0F）及J/（kg?k）。热导率:物质导热的速率的 量度。在单位截面积物质上建立单位长度上的1度的温度梯度时，那么热导率定 义为单位时间传导的热量，热导率的单位

12、为Btu/(h?ft?OF)或w/(m?K)。热扩 散率:是确定物质内部温度前迁速率的一种性能，是热导率对比热和密度乘积的 比值，热扩散率单位以Btu/(h?ft?0F)或w/(m?k)表示。不锈钢的性能与组织目前 已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素 约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊 钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢 的性能与组织影响最大的元素是:碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、 氮、铜、钻等。这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡 族的元素。实际上工业上应

13、用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当 几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得 多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间 的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。1).各种元素对不锈钢 的性能和组织的影响和作用1-1铬在不锈钢中的决定作用:决定不锈钢性属的元 素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止，还没有不 含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中 添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面 发展。这种变化可以从以下方面得到说明:铬使铁基

14、固溶体的电极电位提高 铬吸收铁的电子使铁钝化钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀 性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及 电子排列论。1-2.碳在不锈钢中的两重性碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性 能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的 影响尤为显着。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定 奥氏体的元素，并且作用的程度很大(约为镍的30倍)，另一方面由于碳和铬的 亲和力很大，与铬形成-系列复杂的碳化物。所以，从强度与耐腐烛性能两方面 来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。认识了这一影响的规律，我们就可以

15、 从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。例如工业中应用最广泛的， 也是最起码的不锈钢-0Crl34Cr13这五个钢号的标准含铬量规定为1214%, 就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才决定的，目的即在于使碳与铬 结合成碳化铬以后，固溶体中的含铬量不致低于11.7%这一最低限度的含铬量。 就这五个钢号来说由于含碳量不同，强度与耐腐蚀性能也是有区别的， 0Cr132Crl3钢的耐腐蚀性较好但强度低于3Crl3和4613钢，多用于制造结构 零件，后两个钢号由于含碳较高而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求 高强度及耐磨的零件。又如为了克服18-8铬镍不锈钢的晶间腐蚀，可以将钢的

16、含碳量降至0.03%以下，或者加入比铬和碳亲和力更大的元素(钛或铌)，使之不 形成碳化铬，再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时，我们可以在增加钢的含碳 量的同时适当地提高含铬量，做到既满足硬度与耐磨性的要求，又兼顾-定的耐 腐蚀功能，工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢9Cr18和9Cr17MoVCo钢， 含碳量虽高达0.850.95%，由于它们的含铬量也相应地提高了，所以仍保证了 耐腐蚀的要求。总的来讲，目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的， 大多数不锈钢的含碳量在0.10.4%之间，耐酸钢则以含碳0.10.2%的居多。含 碳量大于0.4%的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是因为在大多数使用条件 下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上 的要求，如易于焊接及冷变形等。1-3镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发 挥出来的镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形 成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥