马氏体、铁素体、奥氏体不锈钢中元素的影响

马氏体、铁素体、奥氏体不锈钢中元素的影响

1.合金元素对马氏体铬不锈钢组织和性能的影响

1.1铬的影响

（1）铬对钢的组织结构的影响

铬是铁素体形成元素，足够量的铬可使钢变成单一的铁素体不锈钢。马氏体

αγ相区。铬和铬不锈钢中铬与碳的交互作用使钢在高温时具有稳定的γ相区或+

碳相互制约关系见图2-11和图2-12。可见，为了使钢在淬火时产生马氏体相变，铬和碳之间存在着一个相互依存关系，碳使γ相区扩大，而碳的溶解极限随铬量的提高而减少。图2-13表明，在含碳0.6％的铁一铬一碳合金中，铬含量直达18％，在高温仍为纯奥氏体组织；高于18％Cr，钢中将由铁素体和奥氏体两相组织构成；高于27％Cr的钢将成为单一铁素体组织。

图2-11 铬含量对单一的奥氏体相区和溶碳极限的影响

图2-12 铬对含C0.6%的Fe-Cr-C合金组织的影响

（2）铬对淬透性的影响

铬提高铁一碳合金的淬透性，在低合金结构钢中已广泛采用。铬的这种作用在于它降低了奥氏体向铁素体和碳化物的转变速度，使C曲线明显右移，从而也降低了淬火的临界冷却速度，致使钢的淬透性增加和获得空淬效应。在马氏体铬不锈钢的铬含量水平下，端淬试验表明．距水冷端不同距离的硬度没有出现变化，见图2-13。

图2-13 410型马氏体不锈钢端淬曲线

（3）铬对物理性能的影响

铬增加钢的晶格常数，铬含量在12％-25%范围内．每增加1％Cr晶格常数大约增加1.5x10-4 A比体积，随铬量增加呈线性增加。铬显著降低Fe—Cr合金

的导热系数．但铬含量12％—15％时，其降低速度迅速减少。此外，铬还增加钢的电阻，马氏体铬不锈钢的电阻是普通钢的4—6倍。

（4）铬对力学性能的影响

铬对马氏体格不锈钢的力学性能的影响比较复杂．在淬火和回火条件下，由于铬的增加使稳定的铁素体量增加，因此降低了钢的硬度和抗拉强度．见图2-14。然而在退火条件下，对于低碳的铁一铬合金随铬含量的提高，其强度和硬度随之增加，而伸长率稍许下降。图2-15为退火条件下、低碳（01％C）铬钢中的铬含量与力学性能之间的关系。

图2-14 铬含量对马氏体不锈钢淬火硬度的影响

图2-15 铬含量对退火后的Fe-Cr合金力学性能的影响

图2-14铬含量对退火后的Fe-Cr耐大气腐蚀的影响（5）铬对耐蚀性和抗氧化性能的影响

铬是目前使钢钝化并赋予良好耐蚀性和不锈性的唯—有工业使用价值的元素。随着钢中铬含量的增加，耐大气腐蚀性能提高，引起耐蚀性突变的铬含量约12％、见图2—16。在高温H2S中，铬的影响也遵循上述规律，见表2-1.在酸性水溶液中，铬对钢的耐腐蚀性影响与介质性质有关。在氧化性介质中，随铬含量的提高，钢的耐腐蚀性增加，这与铬能促使生成一层铬的氧化物保护膜有关，在稀硝酸中，钢中的铬含量在17%~18%时，能得到满意的耐腐蚀性。在还原介质中，随铬含量的提高，钢的耐腐蚀性下降。见图2-17.

表2-1 铬钢在100%H2S介质中的腐蚀速度

图2-17 铬含量对Fe-Cr合金在稀硫酸和稀硝酸中的耐腐蚀性的影响（6）铬对抗氧化性能的影响

铬提高了钢的抗氧化性能、随钢中铬含量的提高其抗氧化性能明显提高，在马氏体铬不锈钢的铬含量范国内，钢的抗氧化性能较普通碳钢高4~9倍．马氏体铬不锈钢的不起皮温度约为700~850℃。

1.2碳的影响

图2-18 碳对含15.5%-16%Cr马氏体钢淬火硬度的影响在马氏体铬不锈钢中，碳是除铬外的另一重要元素。它是奥氏体形成元素，形成奥氏体的能力为镍的30倍。为了使钢具有不锈性所需的铬含量约12%，对于铁一铬合金而言，这样的铬含量巳使 相区封闭，使钢成为单一的铁素体组织，

而不能用热处理产生马氏体相变。为了产生马氏体相变，碳含量一般在0.1％~10％间变动，视钢中的铬含量而定。通常，低碳含量的钢中铬含量不能太高；随着钢中碳含量增加，铬含量可相应提高。在进行合金成分设引时要允分考虑铬、碳两者的相互关系及碳的溶解极限（见图2-12）。

在结定的铬含量情况下，随着钢中的碳含量的提高．淬火后的硬度随之提高，见图2-18。同时钢的强度相应提高，而塑性相应降低。碳对钢的耐蚀性是不利国素，这是由于碳与铬形成碳化物夺取了钢中的铬．使钢的耐蚀件下降。

1.3钼的影响

图2-19 钼对马氏体不锈钢在不同温度淬火后硬度的影响钼是铁素体形成元素．促进α相形成能力相当于铬。在马氏体铅不绣钢中，钼除改善钢的耐蚀性外，主要是提高钢的强度和硬度以及增强二次硬化效应，见图2-19。根据铬和碳对淬火马氏体铬不锈钢硬度影响的相互制约关系。如果B 钢不含钼，A钢和B钢的硬度值应该十分接近。但由于B钢含有0.50％Mo，使钢的硬度增加，在低温淬火时尤其明显，这种作用对不锈钢刀具十分有益。通常在马氏体铬钢中钥含量＜1％，过高的钼量将促进δ铁素体的形成而引起一些不利影响。

2.合金元素对马氏体铬镍不锈钢组织和性能的影响

2.1 镍的影响

（2）镍对钢的组织结构的影响

图2-28 镍对0.04C-18Cr钢Ms温度的影响

αγ相区，有可能使低碳的铁一铬合金具由于镍扩大铁一铬合金的γ区相和+

有淬火能力、或者由于镍的存在可使低碳（＜0.15％）马氏体铬不锈钢的铬含量向更高的水平推移，提高了钢的耐蚀性。从而解决了马氏体铬不锈钢为提搞其耐蚀性以损失钢的硬度为代价的难题。在马氏体格镍不锈钢中的镍含量不能过高，否则由于镍扩大γ相区和降低Ms温度〔见图2-28）的双重作用，将使钢成为单相奥氏铁不锈钢而丧失淬火能力。镍的另一重要作用是降低钠中的δ铁素体含量，在所有合金元素中其共效果最好，见图3-29。在特定的碳、铬含量条件下，这一作用可使钢获得满意的相变效果和最大硬度值。

图2-29 合金元素对0.1C-17Cr钢δ铁素体数量的影响（2）镍对可淬性的影响

镍提高钢的淬透性和可淬性，对于低碳、高铬的铁一铬合金，添加适量的镍可恢复其淬火能力而成为马氏体不锈钢，见图2-30和图2-31。由图可知，对于含碳0.21％-0.24％，含铬近于20％的钢、如果不含镍，则失去了淬火能力；含