各类合金元素在不锈钢中的作用优品文档

(4) 对凝固组织的影响
F模式： L→δ+L→δ→γ+δ FA模式： L→δ+L→L+δ+γ→δ+γ→γ AF模式： L→ γ +L→L+δ+γ→δ+γ A模式： L→ γ +L→ γ
当Creq/Nieq＜1.5时，液相中先析出A，即采用AF凝固模式模式 当1.52＜Creq/Nieq＜1.95时，液相中先析出F，即采用FA模式
各类合金元素在不锈钢中的作用
各类合金元素在不锈钢中的作用
2021.3
一
合金元素对不锈钢组织的影响
二 合金元素对不锈钢性能的影响
三
不锈钢成分、组织和性能的关系
1 合金元素对不锈钢组织的影响
(1) 影响不锈钢组织的两大类合金元素
形成铁素体的元素：Cr、Mo、Si、Al、Ｗ、Ti、Nb 形成奥氏体的元素：C、N、Ni、Co、Mn、Cu
α’在α基体上形成的富Cr的沉淀相，400-540 ℃
镍α是，可现δ促铁进代素不体不锈，钢锈体钝心钢化立膜中方的结非稳构定常具性有有，铁提发磁高性展不锈前钢途的热的力重学稳要定合性。金元素 铜各可类氮以 合可显金著元以降素促低在不不进锈锈钝钢钢的中化强的膜度作和用的冷铬加工的硬富化倾集向，，改提善高钢的钢塑的性，钝是化提高能各类不锈钢冷成形性的重要元素 形N力ie成q，铁＝素降Ni＋体低C的o元铬＋素3在0：(C碳C+rN、中)M＋o的0、. S活i、性Al、，Ｗ抑、T制i、钢Nb 种铬的碳化物的
w(Fe)=70% Fe-Cr-Ni三元系中的伪二元相图 元素对不锈钢力学性能的影响 FA模式： L→δ+L→L+δ+γ→δ+γ→γ 元素对不锈钢力学性能的影响 ①304、316L不锈钢Creq/Nieq≈1. 9之间，凝固模式为FA模式 不锈钢化学成分也可直接影响钢的力学性能等，不锈钢的组织结构也可直接影响钢的不锈耐蚀性 舍夫勒图指出了自高温冷却后，铬当量与镍当量对不锈钢基体组织的影响，从图中可以根据不锈钢化学成分中的铬当量与镍当量大致 确定钢的基体组织类型和组成 不锈钢化学成分也可直接影响钢的力学性能等，不锈钢的组织结构也可直接影响钢的不锈耐蚀性 75W，各元素前的数字为该元素形成铁素体的能力相当于铬形成铁素体能力的倍数 镍在不锈钢中，是仅次于铬的重要合金元素。 合金元素对不锈钢性能的影响
以JISCO 304、316L、430、409L为例，分析奥氏体不锈钢的凝固组织
304 316L 430 409L
C Mn Ni Cr N Si Mo Nieq Creq Creq/Nieq 0.045 1.15 8.03 18.14 0.045 0.4 0 9.955 18.74 1.88 0.022 1.35 10.12 16.56 0.012 0.5 2.06 11.46 19.37 1.69
(3)铬当量和镍当量对组织的影响
舍夫勒图指出了自 高温冷却后，铬当 量与镍当量对不锈 钢基体组织的影响， 从图中可以根据不 锈钢化学成分中的 铬当量与镍当量大 致确定钢的基体组 织类型和组成
Fe-Cr 平衡相图
α，δ铁素体，体心立 方结构具有铁磁性
γ奥氏体， 面心立方结 构，不具有铁磁性
σ金属化合物，四方晶 体结构，不具有铁磁性， 脆硬，600-800 ℃ α’在α基体上形成的 富Cr的沉淀相，400540 ℃
(3)铬当量和镍当量对组织的影响
(析3)铬出当，量和降镍低当量晶对间组织腐的蚀影响敏感性。
γ奥氏体， 面心立方结构，不具有铁磁性
不氮锈可氮钢 以不化促学进仅成钝显分化也膜著可的提直铬接的高影富奥响集钢，氏的提体力高学钢不性的锈能钝等化钢，能和不力锈，双钢降相的低组铬不织在锈结碳构中钢也的的可活直性耐接，影抑响制钢钢的种不铬锈的耐碳蚀化性物的析出，降低晶间腐蚀敏感性。 L随氧→奥化δ氏+L体性→不δ酸→锈γ钢、+δ中还镍量原的性增加酸，介碳在质钢的中的全溶面解度腐下蚀降，性高能镍奥，氏而体不且锈还钢中含碳量需≤0.
铜可以显著降低不锈钢的强 度和冷加工硬化倾向，改善 钢的塑性，是提高各类不锈 钢冷成形性的重要元素
4、氮
(4) 氮对凝在固铁组织素的体影响不锈钢中的溶解度较低，但在奥氏体
①304、316L不锈钢Creq/Nieq≈1.
σ不金锈属化钢合中物，的四溶方晶解体度结构很，高不具，有容铁磁量性无，脆限硬，，6且00-价800格℃低廉，
(2)铬当量与镍当量
是指各合金元素形成铁素体组织或形成奥氏体组织的能力的总合 Creq＝Cr＋１.5Mo＋１.5Si＋１.75Nb＋1.5Ti＋5.5Al＋0.75W，各元 素前的数字为该元素形成铁素体的能力相当于铬形成铁素体能力的倍数 Nieq＝Ni＋Co＋30(C+N) ＋0.5Mn＋0.3Cu，各元素前的数字为该元素 形成奥氏体的能力相当于镍形成奥氏体能力的倍数
铬与不锈钢中的碳形成碳化物，虽然降低钢的耐蚀性，引起晶间腐蚀，但当碳量 一定时，随钢中铬量增加，晶间腐蚀敏感性则下降。
2、镍 镍在不锈钢中，是仅次于铬的重要合金元素。镍 可促进不锈钢钝化膜的稳定性，提高不锈钢的热力 学稳定性。因此，不锈钢中铬与镍共存，可显著强 化不锈钢不锈性和耐蚀性。镍对不锈钢的高温抗氧 化性有益，但对高温抗硫化性有害。
镍与铬组合能显著降低奥氏体不锈钢在苛性介质 (如NaOH)中的耐蚀性，镍还可以提高18-8型不锈 钢耐氯化物应力腐蚀的能力
随奥氏体不锈钢中镍量的增加，碳在钢中的溶解 度下降，高镍奥氏体不锈钢中含碳量需≤0.02%
3、铜
铜可以提高不锈钢的不锈性 和耐蚀性，特别是在硫酸等 还原性介质中的作用更为明 显
w(Fe)=70% Fe-Cr-Ni三元系中的伪二元相图
w(Cr)=17%
304 430
2205
2 合金元素对不锈钢性能的影响
(1) 力学性能 置换型原子和间隙性原子所处位置示意图
元素对不锈钢力学性能的影响
1、铬
锈钢中铬量的增加，不仅在氧化性酸介质中耐蚀性增加，而且对不锈钢在氯化物 溶液中（包括含Ｃl-的大气和水介质）耐应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀能 力的提高也有重要影响。
0.04 0.35 0.15 16.15 0.035 0.32 0 1.525 16.63 10.90 0.017 0.2 0.1 11.52 0.014 0.5 0 0.71 12.27 17.28
①304、316L不锈钢Creq/Nieq≈1.60、409L不锈钢Creq/Nieq＞2，凝固模式为F模式