簡析化學元素對不銹鋼的影響

劉躍娣

（哈爾濱空調(diào)股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

不銹鋼是合金鋼的典型代表，其在大氣、酸堿等腐蝕性介質(zhì)中呈現(xiàn)出鈍態(tài)、耐腐蝕性強，不易生銹的特征，受到生產(chǎn)行業(yè)的認可。下面就來分析化學元素對不銹鋼的影響。

1 不銹鋼生產(chǎn)中常用元素及其影響

鉻(Cr)，錳(Mn)，鎳(Ni)，硅(Si)，硼(B)，鎢(W)，鉬(Mo)，釩(V)，鈦(Ti)和稀土元素(Re)等都是不銹鋼的主要生產(chǎn)元素，在不銹鋼的生產(chǎn)中具有不同的作用。

鉻可以提高金屬的抗腐蝕性能，改善抗氧化性，同時可以增加鋼的熱強性，提高鋼的淬透性，使鋼的強度、硬度與耐磨性得到改善。錳可以增加鋼的強度，也是良好的脫氧劑與脫硫劑，但是其含量過高的話會降低鋼的抗腐蝕性。鎳能提高淬透性，保證了鋼的塑形及韌性。除了這幾種主要的材料之外，還包括許多其他的元素，例如碳，是鋼的主要元素，其可以增加屈服點及抗拉強度，但是會使塑形與沖擊性降低，如果碳的含量超過0.23%的話，鋼的焊接性能會被破壞，所以合金鋼中的碳含量一般不會超過0.2%。硅是煉鋼中主要的還原劑和脫氧劑，硅可以提高鋼的彈性，因此其是彈簧鋼的主要材料。磷是鋼中的有害因素，其會降低焊接性與塑形，但是同時也是合成鋼必不可少的元素，但是含量要控制在0.045%之內(nèi)，優(yōu)質(zhì)鋼要更低。與磷相同，硫也屬于有害元素，使鋼產(chǎn)生脆性，降低其韌性與延展性，在生產(chǎn)中可能會產(chǎn)生裂紋，因此在生產(chǎn)中要在0.055%之內(nèi)，優(yōu)質(zhì)鋼要更小，硫可以改善切削加工型。鉬可以細化鋼的晶粒，提高淬透性與熱強性，在高溫環(huán)境中保證足夠的強度與抗蠕變能力，提高結構鋼的機械性，抑制合金鋼由于火引起的脆性。鈦是鋼的強脫氧劑，使鋼的內(nèi)部組織致密，細化晶粒力，降低冷脆性，改善焊接性。釩是鋼的優(yōu)質(zhì)脫氧劑，改善其強度與韌性，釩與碳形成碳化物，提高在高溫高壓環(huán)境中的抗氫腐蝕能力。鎢的熔點較高，屬于價格昂貴的合金元素，與碳形成的碳化鎢具有較高的硬度與耐磨性，在工具鋼中加入鎢，可以很高的改善紅硬性與熱強度，作切削工具及鍛模具用。鈮可以降低鋼的過熱敏感性及火脆性，改善強度，但是塑形與韌性會降低，在普通的合金鋼中加入鈮，可以提高抗腐蝕性能，改善焊接性。銅可以提高強度與韌性，尤其是可以很好的抵抗大氣腐蝕，但是其在熱加工中非常容易出現(xiàn)熱脆，但銅含量小于0.50%對焊接性無影響。鋁的應用頻率也較高，屬于常用脫氧劑，提高鋼的沖擊韌性，同時鋁還具有抗氧化性與抗腐蝕性，與鉻、硅同用，可以改善高溫下的耐腐蝕能力，但是會對鋼的熱加工性能產(chǎn)生銀錠影響，因此要控制好加入量。氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加時效敏感性。除了這些常見元素，在合金鋼中還會加入鈷、硼等稀有金屬，主要被應用于特殊鋼的合成中。還有一些合成鋼種會加入稀土元素，改善鋼的形態(tài)、分布等進而達到改善鋼的性能目的，提高耐磨性。

2 合金元素對鋼力學性能的影響

2.1 可溶鐵，起到固溶強化作用。在當前的技術手段下，所有的合金元素在一定程度上幾乎都可以溶于鐵素體、奧氏體中形成固溶體，使鋼的強度與硬度增加，但是塑形與韌性降低，使鋼具有強韌性的良好配合。

2.2 形成碳化物，具有強化與硬化的作用。不同的元素與碳的作用不同，目前常用的合金元素分為非碳化物與碳化物形成元素兩類。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，在鋼中可以與碳結合形成碳化物，如：TiC、VC、WC 等，這些碳化物的硬度、熔點高，更加穩(wěn)定，如果它們顆粒細小并在鋼中均勻分布時，則顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性。

2.3 結構鋼種珠光體增加，具有強化功能。在鋼中加入合金元素，使Fe-Fe3C相圖中的共析點左移，所以與碳含量相同的碳鋼相比，亞共析成分的結構鋼含碳量更接近于共析成分，組織中珠光體的數(shù)量，增加了合金鋼的強度。

3 合金元素對鋼工藝性能的影響

3.1 合金元素對熱處理的影響

首先，對奧氏體化的影響。在加熱過程中，在進行合金鋼的處理過程中，合金元素可以適當?shù)脑黾訙囟扰c延長保溫時間。合金鋼種的合金滲碳體，合金碳化物穩(wěn)定性高，于奧氏體不易融合。即使融入，擴散也相當?shù)木徛?，所以合金鋼的奧氏體花速度要慢于碳鋼，為加速奧氏體化，要求將合金鋼（錳鋼除外）加熱到較高的溫度和保溫較長的時間。除了Mn外，所有的合金元素都具有阻礙奧氏體晶粒長大的效果，尤其是Ti、V等強碳化物形成的合金碳化物穩(wěn)定性高，殘存在奧氏體晶界上，顯著地阻礙奧氏體晶粒長大。因此奧氏體化的晶粒一般比碳鋼細。

其次，影響奧氏體轉(zhuǎn)變。合金鋼的淬透性更佳，降低淬火冷速，減小淬火變形，但是殘余奧氏體增多。除Co外，所有溶于奧氏體中的合金元素，都會增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，馬氏體臨界冷卻速度減小，淬透性提高。這使合金鋼運用較小的冷卻速度就可以淬成馬氏體組織，減小淬火變形。所以在制作大尺寸、形狀復雜或者精度較高的零件多采用合金鋼來制作。除Co、Al外，大多數(shù)合金元素都使M點降低，使合金鋼淬火后的殘余奧氏體量比碳鋼多，這將對零件的淬火質(zhì)量會產(chǎn)生不利影響。

最后，影響回火轉(zhuǎn)變合金鋼具有較好的耐火性，回火后強韌性配合較好，一些鋼可以產(chǎn)生“二次硬化”。在進行回火的時候馬氏體不容易被分解，抗軟化能力較好，增加了鋼的耐回火性，回火后有較好的強韌性配合。合金嚴肅可以提高馬氏體分解溫度，對于含有較多Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素的鋼，當加熱到500～600℃回火時，直接由馬氏體中析出合金碳化物，這些碳化物顆粒細小，分布彌散，使鋼的硬度不僅不降低，反而升高這種現(xiàn)象稱為“二次硬化”。但是有部分合金鋼要避免“回火脆性”的出現(xiàn)。

3.2 影響焊接的性能。在焊接淬透性較好的合金鋼過程中，在接頭的位置常常會出現(xiàn)淬硬組織，使該處的脆性加大，導致焊接裂紋的出現(xiàn)；焊接時合金元素容易被形成的氧化物夾雜，使焊接的質(zhì)量下降。例如在不銹鋼焊接的過程中，非常容易夾雜Cr2O3，會影響焊縫的質(zhì)量，同時鉻的損失，不銹鋼的耐腐蝕性也會降低，因此高合金鋼最好采用保護作用好的氬弧焊。

3.3 影響鍛造性能。在合金元素溶入奧氏體后，變形抗力增加，塑形變形的難度增加，合金鋼鍛造需要施加更大壓力的噸位。同時，合金元素使鋼的導熱性降低，脆性增加，加大了合金鋼鍛造時遇鍛后冷卻中出現(xiàn)的變形、開裂傾向，所以在合金鋼鍛后要控制鍛溫度與冷卻速度。

結語

從上文的分析中我們看到，作為現(xiàn)代生產(chǎn)的主要原料，不銹鋼是不可替代的，在合成不銹鋼的過程中，化學元素重要性無可取代，作為生產(chǎn)部門，要善于利用不同的化學元素作用，提高合金鋼的質(zhì)量，促進我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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