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不锈钢中各化学元素作用解析

发布时间:2019-03-07来源:编辑:

不锈钢中各化学元素作用解析


众所周知,不锈钢是由多种化学元素组成,这些化学元素在其中具体有哪些作用,对其性能有什么影响呢?小编通过资料收集和实践经验积累作出了如下总结。
  不锈钢中常见的化学元素有:碳、铬、镍、锰、硅、磷、硫、铜、氮、铝、钼、硼、硒、钛、铌、钽等;
  1、碳C—碳含量增加可因原子间隙强化而提高不锈钢的强度,同时是沃斯田铁相的安定元素,碳可以与不锈钢中的其它元素形成化合物Cr23C6、Nb
  C、Ti
  C、TaC等碳化物。对耐腐蚀性而言,当固溶奥氏体中的碳与铬形成Cr23C6析出时,使钢对晶间腐蚀、点腐蚀的敏感性急剧上升,而有局部晶间腐蚀现象,因此对耐腐蚀要求高的设备,要采用含碳量低的(在0.03%以下)的不锈钢。总的而言,碳元素是强奥氏体形成元素,可以显示提高钢的强度(strength),但是碳含量增加对耐腐蚀性有不利的影响;
  2、铬Cr—铬为不锈钢的基本元素之一,不锈钢之所以具有优良的防锈性和抗腐蚀性在于不锈钢表面的铬易与大气中的氧形成Cr2O3的致密钝态氧化膜,将大气的水和氧阻绝在外,保护其不继续受氧化而腐蚀,及时材料本身受到外力或化学方式破坏表面,Cr2O3也能再迅速生成。Cr包含比重的增加,保护膜的稳定度也相对提升.能耐高温氧化及氧化酸,但还原酸(H2SO4、HCL)会溶去Cr2O3氧化膜使之无法重新生长故仅含铬的不锈钢在还原酸的环境中受腐蚀的速率仍高.另外Cr也是肥粒铁相的安定元素(Cr当量表示肥粒铁相的安定度),使不锈钢具有质软延展性好、高温强度佳的特性.铬含量增加,钢对氧化性酸的耐蚀性也相应增加,钢表面的钝化膜修复能力也随之增加,一般不锈钢中的铬含量必须在12%以上;
  3、镍Ni—镍是奥氏体不锈钢的基本元素之一。1.4529螺栓A、B级螺栓的栓杆由车床加工而成,表面光滑,尺寸精确,其材料性能等级为8.8级,制作安装复杂,价格较高,很少采用;C级螺栓用未加工的圆钢制成,尺寸不够精确,其材料性能等级为4.6级或4.8级。抗剪连接时变形大,但安装方便,生产成本低,多用于抗拉连接或安装时的临时固定。铬钢中加入镍可增强不锈钢钝态保护膜在还原酸中的耐蚀性,同时也是沃斯田铁相的安定元素,是高温沃田铁在常温仍继续保持安定,增加镍包含比重可减低不锈钢的加工硬化性使之具有韧性(toughness)。镍含量增加,奥氏体钢的硬度、抗拉强度下降,韧性提高,耐应力腐蚀性能提高。含镍量低的奥氏体不锈钢是不稳定(说明:稳固安定;没有变动)的。进行冷加工后,奥氏体显著硬化,韧性下降。镍对非氧(Oxygen)化性酸及中性氯化物溶液有显著的耐腐蚀性。但对高温含硫气体是不耐腐蚀的;
  4、锰Mn—锰可以改善不锈钢耐高温强度,可取代镍(Ni)的添加(Mn:Ni=
  4:1,可以降低(reduce)成本)、沃斯田铁相安定元素,锰(manganese)一般在不锈钢中,使腐蚀性和耐氧化性下降。
  5、硅(silicon)Si—可减少高温时的铁皮产生、增加耐热性、高温强度佳、肥粒铁相的安定元素,随着硫酸浓度的提高,需要选用高铬、镍,含铜、硅的奥氏体(Austenite)不锈钢。17-4ph螺栓有的螺栓没螺纹的光杆要做细,叫细腰螺栓。这种螺栓有利于受变力的联结。钢结构上有专用的高强度螺栓,头部会做大些,尺寸也有变化。
  6、磷P—不锈钢中的有害元素,对不锈钢的耐腐蚀性和冲压性都会产生不利影响,一般控制在0.045%以下;
  7、硫S—是不锈钢中的有害元素,对不锈钢的耐腐蚀性和冲压性都会产生不利影响,一般在0.03%以下,但是增加硫含量可以改善材料的切削性(因沃斯田铁相不锈钢材质粘韧,切削加工性不良,亦会造成刀具的毁损,而硫和锰生产的MnS纺锤体组织的介在物易切断车屑);
  8、铜Cu—在耐腐蚀方面,增加对非氧化性酸的耐腐蚀性。减少对点腐蚀的敏感性。塑性好,冷加工性能优良。增加非氧化性气氛的耐蚀性;3%以上的Cu有析出强化效果;降低不锈钢加工硬化效应,使之易冷作成形;但热间加工性差、会发生热脆化;
  9、氮N—沃斯田铁相安定因素,增强常温及高温的强度(与C同),但几乎不影响耐蚀性,添加了氮以改善蠕变性能并使这种钢成为完全的奥氏体。氮在Cr-Ni奥氏体不锈钢和双相不锈钢中是一种无价且非常有益的合金(alloy)元素。
  10、铝Al—晶粒细微化、析出强化效果;
  11、钼Mo—钼可强化钝态膜,有利于耐孔蚀,提高对氯离子的抵抗性;2%以上的钼可有效改善耐硫酸侵蚀的效益;另一方面亦增加硬化能,钼也是肥粒铁相安定因素(factor)。钼能使不锈钢的基体强化,并提高钢的高温强度和蠕变性能。钼的加入使不锈钢的钝化膜稳定,能提高耐腐蚀性。特别在氯化物溶液中,钼能改善耐点腐蚀的性能,并有效地抑制缝隙腐蚀。是碳化物形成元素,所形成的碳化物极为稳定,能阻止奥氏体加热时的晶粒长大,减小钢的过热敏感性,另外钼元素能使钝化膜更致密牢固,从而有效提高不锈钢的耐Cl-腐蚀性;含Mo不锈钢一般不用于耐硝酸腐蚀。不含Mo的不锈钢,是不能用于耐硫酸腐蚀,而含Mo2-3%的316系列,是耐硫酸腐蚀的最低牌号;
  12、硼B—可增加Cu的固溶量:提高冷加工性;
  13、硒Se—改善切削性质;
  14、钛T
  I、铌N
  B、钽Ta—可防止晶间腐蚀,提高不锈钢的高温强度。钛的析出物使得钢的耐点腐蚀性能显著(striking)降低。是强碳化物形成元素,能提高钢的耐晶间腐蚀能力。但碳化钛对不锈钢的表面质量有不利影响,因此在表面要求比较高的不锈钢中一般通过添加铌来改善性能。
  不锈钢机械性质虽不如碳钢,但加工硬化现象较碳钢为高,因此常使用加工硬化来达到强度的要求.
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