1. 鉻(ge)、硅、鋁(lv)
鉻、硅、鋁為形成鐵素體的元素,是不銹鋼獲得耐蝕性的主要合金元素。在碳鋼的基礎上加入足夠量的鉻[w(Cr)≥12%],即可使鋼在氧化性介質中產生一種與基體組織牢固結合的鉻鐵氧化物(FeCr)2O3的鈍化膜;又能提高鋼在電介質中的電極電位,從而使化學穩定性得到提高。硅和鋁同樣能使鋼在氧化性介質中生成致密的保護膜,其中鋁的作用比鉻還明顯。在奧氏體型耐熱鋼中,這些元素均能提高其抗氧化性。在18-8型不銹鋼中,當硅的質量分數從0.4%提高到2.4%時,鋼在980℃時抗氧化性能提高22倍。如果硅含量過高,會嚴重惡化穩定奧氏體型鋼的焊接性,故必須嚴格控制硅在鋼中的含量。鋁在沉淀硬化體型不銹鋼中,可以提高其在室溫和高溫時的強度。
2. 鎳
鎳為(wei)形成(cheng)奧(ao)氏體(ti)的(de)元(yuan)素(su)。它能(neng)(neng)使合(he)金表(biao)面鈍化(hua),擴大鋼(gang)(gang)(gang)在酸中的(de)鈍化(hua)范圍,但不(bu)能(neng)(neng)改善其(qi)對(dui)稀硝酸的(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)性。它能(neng)(neng)提(ti)高不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)抗硫酸、鹽酸等腐蝕(shi)(shi)(shi)介質(zhi)(zhi)的(de)性能(neng)(neng),是耐蝕(shi)(shi)(shi)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)主要(yao)合(he)金元(yuan)素(su)。如果單獨使用鎳作為(wei)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)合(he)金元(yuan)素(su),其(qi)質(zhi)(zhi)量分(fen)數要(yao)高達24%才能(neng)(neng)得到全奧(ao)氏體(ti)組(zu)織,但這極不(bu)經(jing)濟。而在低碳鉻不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)[w(Cr)>17%]的(de)基(ji)礎上,只需(xu)加(jia)入質(zhi)(zhi)量分(fen)數為(wei)9%的(de)鎳,即可獲得耐蝕(shi)(shi)(shi)性好、綜(zong)合(he)力學性能(neng)(neng)也好的(de)室溫(wen)下(xia)穩定的(de)奧(ao)氏體(ti)組(zu)織,既能(neng)(neng)滿(man)足鋼(gang)(gang)(gang)的(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)性要(yao)求,又能(neng)(neng)提(ti)高鋼(gang)(gang)(gang)的(de)高溫(wen)強度和(he)抗氧化(hua)性能(neng)(neng),使其(qi)成(cheng)為(wei)一種(zhong)具有(you)良好綜(zong)合(he)性能(neng)(neng)的(de)鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)。
3. 鉬和銅
鉬(mu)(mu)是(shi)(shi)形成(cheng)鐵素(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)元素(su)。在(zai)鉻不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)加入(ru)鉬(mu)(mu),可以提(ti)高(gao)鋼(gang)在(zai)非氧化性(xing)介質中(zhong)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)。它(ta)的(de)(de)(de)(de)獨特之(zhi)處是(shi)(shi)能抵(di)抗氯離子(Cl-)產生的(de)(de)(de)(de)點腐蝕;同時也能提(ti)高(gao)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)型(xing)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)熱強性(xing),改善奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)鋼(gang)短時塑(su)性(xing)和持久塑(su)性(xing),對焊接有利。但是(shi)(shi)鉬(mu)(mu)的(de)(de)(de)(de)加入(ru)將(jiang)會縮(suo)小(xiao)鋼(gang)中(zhong)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)區,使(shi)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)出現鐵素(su)體(ti)(ti)相(xiang)。為此,在(zai)含鉬(mu)(mu)的(de)(de)(de)(de)單相(xiang)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong),相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)形成(cheng)元素(su),如鎳(nie)、錳、氮(dan)等的(de)(de)(de)(de)含量略有增(zeng)加,目的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)維持其全奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織。對于雙相不(bu)銹鋼,鉬促成鐵素體,對提高耐點腐蝕性能和抗應力腐蝕性能都是有益的。但鉬含量過多則會降低奧氏體型不銹鋼的韌性。
在鉻鎳不銹鋼中加入銅能促使鋼產生彌散硬化組織,提高鋼的熱強性。與鉬配合使用,可進一步提高鉻鎳不銹鋼在稀硫酸中的耐蝕性。列入我國國家標準的牌號鋼板有06Cr18Ni12Mo2Cu2、022Cr23Ni4MoCuN等。
4. 錳和氮(dan)
錳和(he)氮(dan)(dan)對(dui)提(ti)(ti)高不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐蝕性沒(mei)有(you)直(zhi)接影響,但它(ta)們(men)都是(shi)促進(jin)和(he)穩定奧(ao)氏(shi)體的(de)(de)有(you)效元(yuan)素,其中(zhong)氮(dan)(dan)比錳的(de)(de)作(zuo)用更為明顯。當(dang)錳含量過(guo)高時,對(dui)鉻(ge)含量較(jiao)低的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐蝕性不利,還(huan)會使鑄鋼(gang)(gang)件產生氣(qi)孔,同(tong)時增加硬度,給鋼(gang)(gang)的(de)(de)冷加工(gong)帶來困(kun)難。氮(dan)(dan)與碳(tan)共(gong)同(tong)作(zuo)用能提(ti)(ti)高奧(ao)氏(shi)體型(xing)鋼(gang)(gang)的(de)(de)熱強性,氮(dan)(dan)的(de)(de)強化作(zuo)用在于時效過(guo)程中(zhong)形成氮(dan)(dan)化合物(wu)(wu)和(he)碳(tan)氮(dan)(dan)化合物(wu)(wu)。列人(ren)我國(guo)(guo)國(guo)(guo)家標準含有(you)氮(dan)(dan)的(de)(de)牌號鋼(gang)(gang)板有(you)022Cr17Ni7N、022Cr25Ni22Mo2N等(deng)。
5. 鈦(tai)和(he)鈮
鈦和鈮是比鉻更易與碳結合形成穩定碳化物的元素。在鉻鎳不銹鋼中,當鈦的加入量大于碳含量的5倍,或者鈮的加入量大于碳含量的8倍時,可以使絕大部分的碳存在于鈦或鈮的碳化物之中,因而使固溶碳的質量分數降到0.03%以下,這就能保證鉻在鋼中的有效固溶濃度。由于鉻在鋼中的有效固溶度得到保證,從而鋼的抗晶間腐蝕能力得到改善。鈮的質量分數達到0.5%~2.0%時,既能提高奧氏體鋼的熱強性,又能提高鋼的持久塑性。鈮在碳含量較低的奧氏體鋼中會促進近縫區和焊縫金屬產生裂紋,在鉻鎳奧氏體鋼中,鈮的質量分數應控制在1.0%的范圍內。這類鋼列人我國國家標準的牌號鋼板很多,如06Cr18Ni11Ti、06Cr18Ni11Nb等。
上述合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)對(dui)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)不(bu)是(shi)簡單的(de)(de)(de)(de)(de)(de)疊加,也不(bu)是(shi)相互抵消(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。它們相互之(zhi)間(jian)有(you)時會(hui)發生新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物理化(hua)學作用(yong)(yong),往(wang)往(wang)會(hui)引起強化(hua)力學性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)。各種合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)對(dui)不(bu)銹鋼組織結構和(he)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)見(jian)表1-14,亦可見(jian)圖(tu)1-1、圖(tu)1-2。從表中可以看出,合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)對(dui)不(bu)銹鋼組織的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)基本上分(fen)三(san)大類:第(di)(di)一類是(shi)形(xing)成(cheng)鐵素(su)體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su),有(you)鉻(ge)、硅、鋁、鉬、鈦(tai)、鈮(ni)等(deng)(deng);第(di)(di)二類是(shi)形(xing)成(cheng)奧(ao)氏體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su),有(you)碳、氮(dan)、鎳、錳(meng)、銅(tong)等(deng)(deng),其中碳和(he)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)程(cheng)度最大;第(di)(di)三(san)類是(shi)形(xing)成(cheng)碳化(hua)物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su),有(you)鈮(ni)、鈦(tai)、碳、鉻(ge)、鎢、錳(meng)、鉬等(deng)(deng)。加入銅(tong)、鋁、鈦(tai)、鈮(ni)、氮(dan)等(deng)(deng)元(yuan)(yuan)素(su)能(neng)促使鋼產生彌散硬化(hua),從而提高鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱強性(xing)。