合金元素对不锈钢组织和性能的影响

1. 铬、硅、铝

铬、硅和铝是形成铁素体的元素，是不锈钢达到耐腐蚀性能的主要合金元素。在碳钢基础上加入足量的铬[w(Cr)12%]，可以生成一种与氧化介质基体结构紧密结合的铬铁氧化物(FeCr) 2O 3 。电影；它还可以通过提高钢在电介质中的电极电位来提高化学稳定性。硅和铝还能使钢在氧化性介质中形成致密的保护膜，铝的作用比铬更明显。在奥氏体耐热钢中，这些元素可以提高抗氧化性。在18-8 型不锈钢中，硅的质量分数从0.4% 增加到2.4%，可使钢在980 C 下的抗氧化性提高22 倍。如果硅含量过高，稳定奥氏体钢的焊接性将大大降低，因此应严格控制钢中的硅含量。沉淀硬化不锈钢的铝可以提高室温和高温下的强度。

2. 镍

镍是形成奥氏体的元素。能钝化合金表面，扩大钢在酸中的钝化范围，但不能提高对稀硝酸的耐蚀性。能提高不锈钢对硫酸、盐酸等腐蚀性介质的性能，是耐腐蚀钢的主要合金元素。单独使用镍作为不锈钢合金元素时，其质量分数必须高达24%才能获得完整的奥氏体组织，但这是非常不经济的。在低碳铬不锈钢[w(Cr) 17%]的基础上，仅添加9%的镍作为质量分数，即可获得稳定的奥氏体，在室温下具有良好的耐腐蚀性和良好的综合机械性能。它不仅满足钢的耐蚀要求，而且提高了钢的高温强度和抗氧化性，使其成为综合性能优良的钢。

3. 钼和铜

钼是形成铁素体的元素。在铬不锈钢中添加钼可以提高钢在非氧化性介质中的稳定性。其独特之处在于可以抵抗氯离子（Cl-）引起的点蚀。还可提高奥氏体钢的热强度，提高奥氏体钢的短期塑性和连续塑性，有利于焊接。但是，钼的加入减少了钢中奥氏体相的面积，在奥氏体不锈钢中出现了铁素体相。为此，在含钼的单相奥氏体不锈钢中，相应的镍、锰、氮等奥氏体形成元素的含量略有增加，以保持完整的奥氏体组织。对于双相不锈钢，钼有助于形成铁素体，这有助于提高抗点蚀和应力腐蚀的能力。然而，过多的钼含量会降低奥氏体不锈钢的韧性。

在铬镍不锈钢中加入铜，可以促进钢中弥散硬化组织的形成，提高钢的热强度。与钼一起使用可进一步提高铬镍不锈钢在稀硫酸中的耐蚀性。列入我国国家标准的钢板有06Cr18Ni12Mo2Cu2、022Cr23Ni4MoCuN等。

4. 锰和氮

锰和氮对提高不锈钢的耐蚀性没有直接作用，但都是促进和稳定奥氏体的有效因素，氮的作用比锰更明显。如果锰含量过高，则铬含量低的不锈钢的耐蚀性不利，铸钢件会出现气孔，同时硬度增加。钢的冷加工。氮和碳的共同作用可以提高奥氏体钢的热强度，氮的强化作用是在时效过程中形成氮化合物和碳氮化物。列入我国国家标准的含氮钢板有022Cr17Ni7N、022Cr25Ni22Mo2N等。

5. 钛和铌

钛和铌是更容易与碳结合形成比铬更稳定的碳化物的元素。在铬镍不锈钢中，如果钛添加量大于碳含量的5倍或铌添加量大于碳含量的8倍，则大部分碳可存在于钛或铌的碳化物中。因此，可以将固溶碳的质量分数降低到0.03%以下，以保证钢中铬的有效固溶浓度。保证了铬在钢中的有效固溶，提高了钢的抗晶间腐蚀能力。当铌的质量分数达到0.5%2.0%时，不仅能提高奥氏体钢的热强度，还能提高钢的耐久性。铌会促进低碳奥氏体钢的相邻深部和焊缝金属开裂。对于铬镍奥氏体钢，铌的质量分数应控制在1.0%以内。我国国家标准中列出的这类钢板很多，如06Cr18Ni11Ti、06Cr18Ni11Nb等。

上述合金元素对钢的影响根本不重叠或相互抵消。有时它们彼此之间会产生新的物理和化学相互作用，并且它们的机械性能通常会得到改善。各种合金元素对不锈钢组织和性能的影响见表1-14以及图1-1和图1-2。从表中可以看出，合金元素对不锈钢组织的影响基本分为三类。第一类是铬、硅、铝、钼、钛、铌，第二类是形成奥氏体的元素，碳、氮、镍、锰、铜等，其中碳、氮影响最大，第三类银是形成碳化物的元素，包括铌和钛。碳、铬、钨锰、钼等。添加铜、铝、钛、铌、氮等元素可促进钢的弥散硬化，提高钢的热强度。