化学成分对不锈钢的组织和性能的影响

化学成分对不锈钢的组织和性能的影响

1、铬（Cr）：铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的主要元素。

2、碳（C）：碳具有双重作用。碳是不锈钢中仅次于铬的第二号常用元素，不锈钢的组织和性能在很大程度上取决于碳含量及其分布状态。

3、镍（Ni）：镍是稳定奥氏体元素。镍是不锈钢中第三号常用元素，它在钢中起扩大奥氏体区、稳定奥氏体组织的作用。铬不锈钢加入一定量的镍后，组织的性能都发生明显变化。镍能有效地降低素体钢的脆性，改善其焊接性能，但对抗应力腐蚀性能有不利的影响，对于奥氏体钢，镍能降低钢的冷加工硬化趋势，改善冷加工性能，使钢在常温和低温下均具有很高的塑性和韧性。

4、锰和氮（Mn、N）：锰和氮可以代替镍。锰是奥氏体形成的元素，它能抑制奥氏体的分解，使高温形成的奥氏体组织保持到室温。锰稳定奥氏体的作用为镍的1/2，2%的锰可以代替1%的镍。含锰钢具有冷加工硬化效应显著、耐磨性高的优点。缺点是对晶间腐蚀很敏感，并且不能通过加钛和铌来消除晶间腐蚀。

氮也是稳定奥氏体元素，氮和锰结合能取代比较贵的镍。氮稳定奥氏体的作用比镍大。与碳相当。氮代镍的比例约为0.025：1，一般认为氮可取代2.5% ~6.5%的镍。在奥氏体中氮也使最有效的固溶强化元素之一。氮和铬的亲和力要比碳与铬的亲和力小，奥氏体钢很少见到Cr2N的析出。因此，氮能在不降低腐蚀性能的基础上，提高不锈钢的强度，研制含氮不锈钢是近几年来不锈钢工业的趋势。

5、钛和铌（Ti、Nb）：钛和铌可以防止晶间腐蚀。铬-镍奥氏体不锈钢在450~800 ℃温度区加热，常发生沿晶界的腐蚀破坏，成为晶间腐蚀。一般认为，晶间腐蚀是碳从饱和的奥氏体以Cr23C6形态析出，造成晶界处奥氏体贫铬所致。防止晶界贫铬是防止晶间腐蚀的有效方法。如将各种元素按与碳的亲和力大小排列，顺序为：钛、锆、钒、铌、钨、钼、铬、锰。钛和铌与碳的亲和力都比铬大，把它们加入钢中后，碳优先与它们结合生成碳化钛（TiC）和碳化铌（NbC），这样就避免了析出碳化铬而造成晶界贫铬。从而有效防止晶间腐蚀。

6、钼和铜（Mo、Cu）：钼和铜可以提高腐蚀性能。不锈钢的钝化作用是在氧化性介质中形成的，通常所说的耐腐蚀，多指氧化介质而言。在非氧化性酸中，

如稀硫酸和强有机酸中，一般铬不锈钢、铬镍不锈钢均不耐蚀。特别是在含有氯离子的介质中，由于氯离子能破坏不锈钢表面的纯化膜，造成不锈钢局部地区的腐蚀，即点腐蚀。在不锈钢中加入钼和铜是提高不锈钢在非氧化性介质中抗蚀性能的有效途径。

钼能促使不锈钢表面钝化，具有增强不锈钢抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力，铁素体不锈钢中如果不含钼，铬含量在高也很难获得满意的德抗点蚀性能但只有在含铬钢中钼才能发挥作用。一般来说，铬含量越高，钼提高钢耐点蚀性能效果越明显。

不锈钢中加入铜可以提高不锈钢在硫酸中的腐蚀性能。含铜不锈钢钢水流动性能较好，容易铸成高质量的部件。铜还能提高不锈钢的冷加工性能。

7、硅、硫、磷、铝（Si、S、P、Al）：硅、硫、磷、铝一般作为残余元素存在于钢中。为了某些特定目的，不锈钢有时也加入硅、硫、磷、铝等元素。

硅是形成铁素体元素，在提高不锈钢的抗氧化和热强性能方面具有良好的作用。含硅的不锈钢钢水流动性好，能铸成高质量的耐热不锈钢铸件。

硫在一般不锈钢中是残余元素。硫对钢的强度影响不大，但降低不锈钢的韧性，使钢的延伸值和冲击值大幅度下降。硫可以提高不锈钢的切削性能，易切削不锈钢中一般含有0.15%～0.4%的硫。

磷在不锈钢中是残余元素。在奥氏体不锈钢中磷的危害不像一般钢中那样显著，含量允许偏高一些（不大于0.045%）。磷对钢有强化作用。

铝是稳定铁素体的元素，可以提高钢的耐高温氧化性能，改善焊接性能，铝含量达1%左右时，有显著的沉淀硬化效果，但铝会降低钢抗硝酸腐蚀能力。