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不銹鋼的特點與組織  目前已知的化學元素有100多種，在工業中常用的鋼鐵材料中可以碰到的化學元素約二十多種。對于人們在與腐蝕現象作長期斗爭的實踐而形成的不銹鋼這一特別鋼系列來說，最常用的元素有 ...不銹鋼的特點與組織目前已知的化學元素有100多種，在工業中常用的鋼鐵材料中可以碰到的化學元素約二十多種。對于人們在與腐蝕現象作長期斗爭的實踐而形成的不銹鋼這一特別鋼系列來說，最常用的元素有十幾種，除了組成鋼的基本元素鐵以外，對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、鈦、錳、氮、銅、鈷等。這些元素中除碳、硅、氮以外，都是化學元素周期表中位于過渡族的元素。實際上工業上應用的不銹鋼都是同時存在幾種以至十幾種元素的，當幾種元素共存于不銹鋼這一個統一體中時，它們的影響要比單獨存在時復雜得多，因為在這種情況下不僅要考慮各元素自身的作用，而且要注重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)．各種元素對不銹鋼的性能和組織的影響和作用1-1.鉻在不銹鋼中的決定作用：決定不銹鋼性屬的元素只有一種，這就是鉻，每種不銹鋼都含有一定數量的鉻。迄今為止，還沒有不含鉻的不銹鋼。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以后，促使其內部的矛盾運動向有利于抵擋腐蝕破壞的方面發展。這種變化可以從以下方面得到說明： 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極反應被阻止而引起金屬與合金耐腐蝕性能被提高的現象。構成金屬與合金鈍化的理論很多，主要有薄膜論、吸附論及電子排列論。1-2. 碳在不銹鋼中的兩重性碳是工業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其分布的形式，在不銹鋼中碳的影響尤為顯著。碳在不銹鋼中對組織的影響主要表現在兩方面，一方面碳是穩定奧氏體的元素，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―系列復雜的碳化物。所以，從強度與耐腐燭性能兩方面來看，碳在不銹鋼中的作用是互相矛盾的。 熟悉了這一影響的規律，我們就可以從不同的使用要求出發，選擇不同含碳量的不銹鋼。 例如工業中應用最廣泛的，也是最起碼的不銹鋼――0Crl3~4Cr13這五個鋼號的標準含鉻量規定為12~14％，就是把碳要與鉻形成碳化鉻的因素考慮進去以后才決定的，目的即在于使碳與鉻結合成碳化鉻以后，固溶體中的含鉻量不致低于11.7％這一最低限度的含鉻量。就這五個鋼號來說由于含碳量不同，強度與耐腐蝕性能也是有區別的，0Cr13~2Crl3鋼的耐腐蝕性較好但強度低于3Crl3和4Cr13鋼，多用于制造結構零件，后兩個鋼號由于含碳較高而可獲得高的強度多用于制造彈簧、刀具等要求高強度及耐磨的零件。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），使之不形成碳化鉻，再如當高硬度與耐磨性成為主要要求時，我們可以在增加鋼的含碳量的同時適當地提高含鉻量，做到既滿意硬度與耐磨性的要求，又兼顧―定的耐腐蝕功能，工業上用作軸承、量具與刃具有不銹鋼9Cr18和9Cr17MoVCo鋼，含碳量雖高達0.85~0.95％，由于它們的含鉻量也相應地提高了，所以仍保證了耐腐蝕的要求。總的來講，目前工業中獲得應用的不銹鋼的含碳量都是比較低的，大多數不銹鋼的含碳量在0.1~0.4％之間，耐酸鋼則以含碳0.1~0.2％的居多。含碳量大于0.4％的不銹鋼僅占鋼號總數的一小部分，這是因為在大多數使用條件下，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。 1-3. 鎳在不銹鋼中的作用是在與鉻配合后才發揮出來的 鎳是優良的耐腐蝕材料，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，含鎳量要達到24％；而只有含鎳27％時才使鋼在某些介質中的耐腐蝕性能顯著改變。所以鎳不能單獨構成不銹鋼。但是鎳與鉻同時存在于不銹鋼中時，含鎳的不銹鋼卻具有許多可貴的性能。硫和硒：在一般不銹鋼中也是常有雜質元素。但向不銹鋼中加0．2~0．4％的硫，可提高不銹鋼的切削性能，硒也具有同樣的作用。硫和硒提高不銹鋼的切削性能，是因為它們降低不銹鋼的韌性，例如一般18－8鉻鎳 ...硫和硒：在一般不銹鋼中也是常有雜質元素。但向不銹鋼中加0．2~0．4％的硫，可提高不銹鋼的切削性能，硒也具有同樣的作用。硫和硒提高不銹鋼的切削性能，是因為它們降低不銹鋼的韌性，例如一般18－8鉻鎳不銹鋼的沖擊值可達30公斤/厘米2。含0．31％硫的18－8鋼（0．084％C、18．15％Cr、9．25％Ni）的沖擊值為1．8公斤/平方厘米；含0。22％硒的18－8鋼（0．094％C、18．4％Cr、9％Ni）的沖擊值為3．24公斤/平方厘米。硫與硒均降低不銹鋼的耐腐蝕性能，所以實際應用它們作為不銹鋼的合金化元素的很少。稀土元素：稀土元素應用于不銹鋼，目前主要在于改善工藝性能方面。如向Crl7Ti鋼和Cr17Mo2Ti鋼中加少量的稀土元素，可以消除鋼錠中因氫氣引起的氣泡和減少鋼坯中的裂紋。奧氏體和奧氏體－鐵素體不銹鋼中加0．02~0．5％的稀土元素（鈰鑭合金），可顯著改善鍛造性能。曾有一種含19．5%鉻、23％鎳以及鉬銅錳的奧氏體鋼，由于熱加工工藝性能在過去只能生產鑄件，加稀土元素后則可軋制成各種型材。2)．按金相組織對不銹鋼的分類及各類不銹鋼的一般性能按化學成分（主要是含鉻量）及用途，不銹鋼分為不銹與耐酸兩大類。工業上還按自高溫（900-1100度）加熱空氣冷卻后鋼的基體組織的類型對不銹鋼進行分類，這是基于我們上面所討論的碳及合金元素對不銹鋼組織影響的特點決定的。工業上應用的不銹鋼按金相組織可分為三大類：鐵素體不銹鋼，馬氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼。可以把這三類不銹鋼的特點歸納(如下表)，但需要說明的是馬氏體不銹鋼并不是都不可焊接，只是受某些條件的限制，如焊前應預熱焊后應作高溫回火等，而使焊接工藝比較復雜。實際生產中一些馬氏體不銹鋼如1Cr132Cr13以及2Cr13與45鋼焊接還是比較多的。不銹鋼的分類、主要成分及性能比較分類 大概成分 （%） 淬火性 耐蝕性 加工性 可焊接性 磁性C Cr Ni 鐵素體系 0．35以下 16-27 - 無 佳 尚佳 尚可 有 馬氏體系 1．20以下 11-15 - 自硬性 可 可 不可 有奧氏體系 0．25以下 16以上 7以上 無 優 優 優 無以上分類僅是按鋼的基體組織分的，由于鋼中穩定奧氏體及形成鐵素體的元素的作用不能互相平衡，以及由于大量的鉻使平衡圖S點左移，工業中應用的不銹鋼的組織除了上面講的三種基本類型以外，還有馬氏體―鐵素體，奧氏體－鐵素體，奧氏體－馬氏體等過渡型的復相不銹鋼，以及具有馬氏體－碳化物組織的不銹鋼。