淺談自然環(huán)境不同元素對(duì)不銹鋼的影響
發(fā)布者： 源晟鍵 時(shí)間：10/9/2019 3:54:17 PM
目前已知的化學(xué)元素有100多種，在工業(yè)中常用的鋼鐵材料中可以遇到的化學(xué)元素約二十多種。對(duì)于人們?cè)谂c腐蝕現(xiàn)象作長(zhǎng)期斗爭(zhēng)的實(shí)踐而形成的不銹鋼這一特殊鋼系列來(lái)說(shuō)，最常用的元素有十幾種，除了組成鋼的基本元素鐵以外，對(duì)不銹鋼的性能與組織影響最大的元素是：碳、鉻、鎳、錳、硅、鉬、鈦、鈮、氮、銅、鈷等。這些元素中除碳、硅、氮以外。都是化學(xué)元素周期表中位于過(guò)渡族的元素。
實(shí)際上工業(yè)上應(yīng)用的不銹鋼都是同時(shí)存在幾種以至十幾種元素的，當(dāng)幾種元素共存于不銹鋼這一個(gè)統(tǒng)一體中時(shí)，他們的影響要比單獨(dú)存在時(shí)復(fù)雜得多，因?yàn)樵谶@種情況下不僅要考慮各元素自身的作用，而且要注意它們互相之間的影響，因此不銹鋼的組織決定于各種元素影響的總和。
1、鉻在不銹鋼中的決定作用
決定不銹鋼性屬的元素只是一種，這就是鉻，每種不銹鋼都含有一定數(shù)量的鉻。迄今為止，還沒(méi)有不含鉻的不銹鋼。鉻之所以成為決定不銹鋼性能的主要元素，根本的原因是向鋼中添加鉻作為合金元素促使其內(nèi)部的矛盾運(yùn)動(dòng)向有利于抵抗腐蝕破壞的方面發(fā)展。這種變化可以從以下方面得到說(shuō)明：
①鉻使鐵基固溶體的電極電位提高
②鉻吸收鐵的電子使鐵鈍化
鈍化是由于陽(yáng)極反應(yīng)被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現(xiàn)象。構(gòu)成金屬與合金鈍化的理論很多，主要由薄膜論、吸附論及電子排列論。
2、碳在不銹鋼中的兩重性
碳是工業(yè)用鋼的主要元素之一，鋼的性能與組織在很大程度上決定于碳在鋼中的含量及分布的形式，在不銹鋼中碳的影響尤為顯著。碳在不銹鋼中對(duì)組織的影響主要表現(xiàn)在兩方面，一方面碳是穩(wěn)定奧氏體的碳化物。并且作用的程度很大（約為鎳的30倍），另一方面由于碳和鉻的親和力很大，與鉻形成一系列復(fù)雜的碳化物。所以，從強(qiáng)度與耐腐蝕性能兩方面來(lái)看，碳在不銹鋼中的作用是互相矛盾的。
認(rèn)識(shí)了這一影響的規(guī)律，我們就可以從不同的使用要求出發(fā)，選擇不同含碳量的不銹鋼。
例如工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的，也是最起碼的不銹鋼——0Cr13~4Cr13這5個(gè)鋼號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)含鉻量規(guī)定為12~14%，就是把碳要與鉻形成碳化鉻的因素考慮進(jìn)去以后才決定的，目的即在于使碳與鉻結(jié)合成碳化鉻以后，固溶體中的含鉻量不致低于11.7%這一最低限度的含鉻量。
就這五個(gè)鋼號(hào)來(lái)說(shuō)由于含碳量不同，強(qiáng)度與耐腐蝕性能也是有區(qū)別的，0Cr13~2Cr13鋼的耐腐蝕性較好但強(qiáng)度低于3Cr13和4Cr13鋼，多用于制造結(jié)構(gòu)零件，后兩個(gè)鋼號(hào)由于含碳較高而可獲得高的強(qiáng)度多用于制造彈簧等要求高強(qiáng)度及耐磨的零件。又如為了克服18-8鉻鎳不銹鋼的晶間腐蝕，可以將鋼的含碳量降至0.03%以下，或者加入比鉻和碳親和力更大的元素（鈦或鈮），使之形成碳化鉻，再如當(dāng)高硬度與耐磨性成為主要要求時(shí)，我們可以在增加鋼的含碳量的同時(shí)適當(dāng)?shù)靥岣吆t量，做到既滿(mǎn)足硬度與耐磨性的要求，又兼顧一定的耐腐蝕功能，工業(yè)上用作軸承、量具與刃具有不銹鋼9Cr18和9Cr17MOVCo鋼，含碳量雖高達(dá)0.85~0.95%，由于它們的含鉻量也相應(yīng)地提高了，所以仍保證了耐腐蝕的要求。
總的來(lái)講，目前工業(yè)中獲得應(yīng)用的不銹鋼的含碳量都是比較低的，大多數(shù)不銹鋼的含碳量在0.1~0.4%之間，耐酸鋼則以含碳0.1~0.2%居多。含碳量大于0.4%的不銹鋼僅占鋼號(hào)總數(shù)的一小部分，這是因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)使用條件下，不銹鋼總是以耐腐蝕為主要目的。此外，較低的含碳量也是出于某些工藝上的要求，如易于焊接及冷變形等。
3、鎳在不銹鋼中的作用是在與鉻配合后才發(fā)揮出來(lái)的
鎳是優(yōu)良的耐腐蝕材料，也是合金鋼的重要合金化元素。鎳在鋼中是形成奧氏體的元素，但低碳鎳鋼要獲得純奧氏體組織，含鎳量要達(dá)到24%；而只有含鎳27%時(shí)才使鋼在某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能顯著改變。所以鎳不能單獨(dú)構(gòu)成不銹鋼。但是鎳與鉻同時(shí)存在于不銹鋼中，含鎳的不銹鋼卻具有許多可貴的性能。
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