各种化学元素在不锈钢中的作用

Cr元素一、对不锈钢钢的显微组织及热处理的作用1.铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区域。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等。铬与铁可形成金属间化合物相2.铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少3.减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性，但亦增加钢的回火脆性倾向二、对不锈钢的力学性能的作用1.提高钢的强度和硬度，同时加入其他合金元素时，效果较显著2.显著提高钢的脆性转变温度3.在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有相析出，冲击韧性急剧下降三、对不锈钢的物理化学及工艺性能的作用1.提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度2.降低钢的电导率，降低电阻温度系数3.提高钢的矫顽力和剩余磁感，广泛用于制造永磁钢4.铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铬时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时.使钢的耐腐蚀性能下降5.提高钢的抗氧化性能6.铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性7.由于铬使钢的热导率下降，热加工时要缓慢升温，锻轧后要缓冷四、在不锈钢中的应用1.合金结构钢中主要利用铬提高淬透性，并可在渗碳表面形成合铬碳化物以提高耐磨性2.弹簧钢中利用铬和其他合金元素一起提供的综合性能3.轴承钢中主要利用铬的特殊碳化物对耐磨性的贡献及研磨后表面光洁度高的优点4.工具钢和高速钢中主要利用铬提高耐磨性的作用，并具有一定的回火稳定性和韧性5.不锈钢、耐热钢中铬常与锰、氮、镍等联合使用，当需形成奥氏体钢时，稳定铁素体的铬与稳定奥氏体的锰、镍之间须有一定比例6.我国铬资源较少，应尽量节省铬的使用Ni元素一、对不锈钢钢的显微组织及热处理的作用1.镍和铁能无限固溶，镍扩大铁的奥氏体区，即升高A4点，降低A3点，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素2.镍和碳不形成碳化物3.降低临界转变温度，降低钢中各元素的扩散速率,提高淬透性4.降低共析珠光体的碳含量，其作用仅次于氮而强于锰。在降低马氏体转变温度方面的作用为锰的一半二、对不锈钢的力学性能的作用1.强化铁素体并细化和增多珠光体，提高钢的强度，不显著影响钢的塑性2.含镍钢的碳含量可适当降低，因而可使韧性和塑性有所改善3.提高钢的疲劳抗力，减小钢对缺口的敏感性4.由于对提高钢的淬透性和回火稳定性的作用并不十分强，镍对调质钢的意义不大5.降低钢的低温脆化转变温度，含Ni3.5%的钢可在-100℃时使用，含Ni9%的钢可在-196℃时使用三、对不锈钢的物理化学及工艺性能的作用1.强烈降低钢的热导率和电导率2.Ni＜30%的奥氏体钢呈现顺磁性，即无磁钢。Ni＞30%的Fe-Ni合金是重要的精密软磁材料3.含镍超过15%-20%的钢对硫酸和盐酸有很高的抗蚀性能，但不能抗硝酸的腐蚀。总的来说，含镍钢对酸、碱以及大气都有一定的抗蚀能力。含镍的低合金钢还有较高的腐蚀疲劳抗力。含镍钢在含硫和一氧化的气氛中加热时易发生热脆和侵蚀性气孔4.含镍较高的钢在焊接时应采用奥氏体焊条，以防止裂缝5.含镍钢中易出现带状组织和白点缺陷，应在生产工艺中加以防止四、在不锈钢中的应用1.单纯的镍钢只在要求有特别高的冲击韧性或很低的工作温度时才使用2.机械制造中使用的镍铬或镍铬钼钢，在热处理后能获得强度和韧性配合良好的综合力学性能。含镍钢特别适用于需要表面渗碳的部件3.在高合金奥氏体不锈耐热钢中镍是奥氏体化元素，能提供良好的综合性能，主要为NiCr系钢。CrMnN、CrAlSi、FeAlMn钢，在一些用途上可取代CrNi系钢4.由于镍的稀缺，又是重要的战略物资。非在用其他合金元素不可能达到性能要求时，应尽量少用和不用镍作为钢的合金元素Mo元素一、对不锈钢钢的显微组织及热处理的作用1.钼在钢中可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，它是缩小奥氏体相区的元素2.当钼含量较低时，与铁、碳形成复合的渗碳体；含量较高时可形成钼的特殊碳化物3.钼提高钢的淬透性，其作用较铬强，而稍逊于锰4.钼提高钢的回火稳定性。作为单一合金元素存在时，增加钢的回火脆性；与铬、锰等并存时，钼又降低或抑止因其他元素所导致的回火脆性二、对不锈钢的力学性能的作用1.钼对铁素体有固溶强化作用，同时也提高碳化物的稳定性，从而提高钢的强度2.钼对改善钢的延展性和韧性以及耐磨性起到有利作用3.由于钼使形变强化后的软化和恢复温度以及再结晶温度提高，并强烈提高铁素体的蠕变抗力，有效抑制渗碳体在下的聚集，促进特殊碳化物的析出，因而成为提高钢的热强性的最有效的合金元素三、对不锈钢的物理化学及工艺性能的作用1.在含碳1.5%的磁钢中，2%-3%的钼提高剩余磁感和矫顽力2.在还原性酸及强氧化性盐溶液中都能使钢表面钝化，因此钼可以普遍提高钢的抗蚀性能，防止钢在氯化物溶液中的点蚀。3.钼含量较高（＞3%）时使钢的抗氧化性恶化4.含钼不超过8%的钢仍可以锻、轧，但含量较高时，钢对热加工的变形抗力增高四、在不锈钢中的应用1.在调质和渗碳结构钢、弹簧钢、轴承钢、工具钢、不锈耐酸钢、耐热钢、磁钢中都得到了广泛应用2.铬钼钢在许多情况下可代替铬镍钢来制造重要的部件3.我国富产钼，但在世界范围内的储量并不丰富。含钼钢在我国应适当发展，但钼是重要战略物资，应注意合理和节约使用Mn元素一、对不锈钢的显微组织及热处理的作用1．锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，工业用钢中一般均含有一定量的锰2.锰固溶于铁素体和奥氏体中，扩大奥氏体区，使临界温度A4点升高，A3点降低，当锰含量超过12%时，上临界点降至室温以下，使钢在室温时形成单一奥氏体组织。在降低共析温度同时，使共析体中的碳含量减少3.锰强烈降低钢的Ad和马氏体转变温度（其作用仅次于碳）和钢中相变的速度，提高钢的淬透性，增加强余奥氏体含量4.使钢的调质组织均匀、细化，避免了渗碳层中碳化物的聚集成块，但增大了钢的过热敏感性和回火脆性倾向5.锰是弱碳化物形成元素二、对不锈钢的力学性能的作用1.锰强化铁素体或奥氏体的作用不及碳、磷、硅，在增加强度的同时，对延展性无影响2.由于细化了珠光体，显著提高低碳和中碳珠光体钢的强度，使延展性有所降低3.通过提高淬透性而提高了调质处理索氏体钢的力学性能4.在严格控制热处理工艺、避免过热时的晶粒长大以及回火脆性的前提下，锰不会降低钢的韧性三、对不锈钢的物理、化学及工艺性能的作用1.随锰含量的增加，钢的热导率急剧下降，线胀系数上升，使快速加热或冷却时形成较大内应力，工件开裂倾向增大2.使钢的电导率急剧降低，电阻率相应增大，电阻温度系数下降3.使矫顽力增大，饱和磁感、剩余磁感和磁导率均下降，因而锰对永磁合金有利，对软磁合金有害4.锰含量很高时，钢的抗氧化性能下降5.使钢中的硫形成较高熔点的MnS，避免了晶界上的FeS薄膜，消除钢的热脆性，改善热加工性能6.高锰奥氏体钢的变形阻力较大，且钢锭中柱状结晶明显，锻轧时较易开裂7.由于提高了淬透性和降低了马氏体转变温度，对焊接性能有不利影响。在适当范围内应降低碳含量四、在不锈钢中的应用1易切削钢中常有适量的锰和磷，MnS夹杂使切屑易于碎断2.普通低合金钢中利用锰来强化铁素体和珠光体，提高钢的强度，锰含量一般为1%-2%3.渗碳和调质合金结构钢的许多系列中含有不超过2%的锰4.弹簧钢、轴承钢和工具钢中利用锰强烈提高淬透性的作用。可采用油淬和空冷的淬火工艺，减少开裂、扭曲和变形5.耐磨钢、无磁钢、不锈钢、耐热钢，包括高碳高锰耐磨铸钢，低碳高锰不锈钢，高锰耐热钢等Co元素一、对不锈钢钢的显微组织及热处理的作用1钴和镍、锰一样，和铁形成连续固溶体2.钴和铝同是降低钢的淬透性的元素，升高马氏体转变点3.钴不是形成碳化物的元素4.钴在回火或使用过程中阻抑、延缓其他元素特殊碳化物的析出和聚集二、对不锈钢的力学性能的作用1.强化钢的基体，在退火或正火状态的碳素钢中提高硬度和强度，但会引起塑性和冲击韧性的下降2.显著提高特殊用途钢和合金的热强性和高温硬度3.提高马氏体时效钢的综合力学性能，使其具有超强韧性三、对不锈钢的物理化学及工艺性能的作用1.提高耐热钢和耐热合金的抗氧化性能2钴加入铁中能增加磁饱和四、在不锈钢中的应用1.不在碳素钢和低合金钢中使用2.主要用于高速钢、马氏体时效钢、耐热钢以及精密合金等3.钴资源缺乏、价格昂贵钴的使用应尽量节约和合理