各種元素對不銹鋼的性能和組織的影響

1． 鉻——是構(gòu)成不銹鋼的基本元素。
鉻是決定不銹鋼耐腐蝕性能的最基本元素。在氧化性介質(zhì)中，鉻能使鋼的表面很快形成一層實(shí)際為腐蝕介質(zhì)不能透過和不溶解的富鉻的氧化膜，這層氧化膜很致密，并與金屬基本結(jié)合得很牢固，保護(hù)鋼免受外界介質(zhì)進(jìn)一步氧化浸蝕；鉻還能有效地提高鋼的電極電位。當(dāng)含鉻量不低于12.5%原子時(shí),可使鋼的電極電位發(fā)生突變,由負(fù)電位升到正的電極電位。因而可顯著提高鋼的耐蝕性。鉻的含量越高，鋼的耐蝕性能越好。當(dāng)含鉻量達(dá)到25%、37.5%原子時(shí)，會發(fā)生第二次第三次的突變，使鋼具有更高的耐腐蝕性能。

2．鎳——單獨(dú)不能構(gòu)成不銹鋼
　　鎳對不銹鋼耐腐蝕的影響，只有它與鉻配合時(shí)才能充分顯示出來。因?yàn)?，低炭鎳鋼要獲得純奧氏體組織，含鎳量需達(dá)24%；要使鋼在某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能顯著改變，含鎳量需在27%以上。所以，鎳不能單獨(dú)構(gòu)成不銹鋼。而在含鉻18%的鋼中加入9%的鎳，就能使鋼在常溫下獲得單一奧氏體組織，并可以提高鋼對非氧化性介質(zhì)（如：稀硫酸、鹽酸、磷酸等）的耐蝕性，并能改善鋼的焊接和冷彎等的工藝性能。

3． 錳和氮——可代替鉻鎳不銹鋼中的鎳
    錳和氮在不銹鋼中有鎳相仿的作用。錳的穩(wěn)定奧氏體作用為鎳的二分之一，而氮的作用比鎳大很多，約為鎳的40倍左右。因而錳和氮可代鎳獲得單一的奧氏體組織。但錳的加入會使含鉻低的不銹鋼耐蝕性降低。同時(shí)，高錳奧氏體鋼不易加工。因此，在不銹鋼中不單獨(dú)使用錳，只用部分代替鎳。

4． 碳——在不銹鋼中具有兩重性
碳在不銹鋼中的含量及其分布的形式，在很大程度上左右著不銹鋼的性能和組織：一方面碳是穩(wěn)定奧氏體元素，并作用的程度很大，約為鎳的30倍，含碳量高的（馬氏體）不銹鋼，完全可以接受淬火強(qiáng)化，從而在機(jī)械性能方面可大大提高它的強(qiáng)度；另一方面由于碳和鉻的親和力很大，在不銹鋼中要占用十七倍碳量的鉻與它結(jié)合成碳化鉻。隨著鋼中含碳量的增加，則與碳形成碳化物的鉻越多，從而顯著降低鋼的耐蝕性。所以，從強(qiáng)度與耐腐蝕性能兩方面來看，碳在不銹鋼中的作用是互相矛盾的。在實(shí)際應(yīng)用中，為了達(dá)到耐腐蝕的目的，不銹鋼的含碳量一般較低，在大多在0.1%左右，為了進(jìn)一步提高鋼的耐腐蝕能力，特別是抗晶間腐蝕的能力，常采用超低碳的不銹鋼，含碳量在0.03%甚至更低；但用于制造滾動軸承、彈簧、工具等不銹鋼，由于要求有高的硬度和耐磨性，因而含碳量較高，一般均在0.85~1.00%之間。

5． 鈦和鈮——能防止不銹鋼的晶間腐蝕
不銹鋼加熱到450~800℃時(shí)，常常由于在晶界析出鉻的碳化物而使晶界附近的含鉻量下降形成貧鉻區(qū)，導(dǎo)致晶界附近的電極電位下降，從而引起電化學(xué)腐蝕。這種腐蝕叫做晶間腐蝕。常見的如在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)發(fā)生的晶間腐蝕。而鈦和鈮是強(qiáng)碳化物形成元素，它與碳的親和力比鉻大得多，鋼中加入鈦或鈮，就能使鋼中的碳首先與鈦或鈮形成碳化物，而不與鉻形成碳化物，從而保證晶界附近不致因貧鉻而產(chǎn)生晶間腐蝕。因此，鈦和鈮常用來固定鋼中的碳，提高不銹鋼抗晶間腐蝕的能力，并改善鋼的焊接性能。鈦或鈮的加入量要根據(jù)含碳量而定，一般為：鈦的加入量為含碳量的5倍，鈮為碳的8倍。
 

6． 鉬和銅——能提高某些不銹鋼對某些介質(zhì)的耐腐蝕性能
鉬和銅能提高不銹鋼對硫酸、醋酸等腐蝕介質(zhì)的耐蝕能力。鉬還能顯著提高對含氯離子的介質(zhì)（如鹽酸）以及有機(jī)酸中的耐蝕能力。但含鉬的不銹鋼不宜在硝酸中應(yīng)用，含鉬的不銹鋼在沸騰的65%硝酸中的腐蝕速度比不含鉬的增加一倍；銅加入鉻錳氮不銹鋼中，會加速不銹鋼的晶間腐蝕。鉬對鋼獲得單一奧氏體組織有不利影響，因此在含鉬鋼中，為了使鋼在熱處理后具有單一的奧氏體組織。鎳在錳等元素的含量要相應(yīng)的提高。

7． 硅和鋁——能提高不銹鋼的抗氧化能力
硅對提高鉻鋼抗氧化能力的作用很顯著，含5%鉻及1%硅的鋼，抗氧化的能力可與12%鉻鋼相等。如使鋼在1000℃能抵抗氧化，含0.5%硅時(shí)需要22%的鉻，如加入2.5～3%的硅以后，只需要12%的鉻就可以了。有資料還介紹，向Cr15Ni20的鉻鎳鋼中加2.5%的硅，抗氧化性能可相當(dāng)Cr15Ni60的鉻鎳合金。
向高鉻鋼中加鋁也能使抗氧化性能顯著提高，它的作用與加硅的功能相仿。
向高鉻鋼中加硅和鋁的目的：一是為了進(jìn)一步提高鋼的抗氧化性能，二是為了節(jié)約用鉻。
硅和鋁對提高鉻鋼抗氧化性能的作用雖然很大，但也有很多缺點(diǎn)。最主要的是它使鋼的晶粒粗化和脆性傾向增大。

不銹鋼不容易生銹與不銹鋼的成分有很大的關(guān)系。不銹鋼的成分中除了鐵外，還有鉻、鎳、鋁、硅等。一般的不銹鋼含鉻量一般不低于12％，高的甚至達(dá)到18％。鋼中加入鉻等元素后，就能改變鋼的性能，如例鋼的分子結(jié)構(gòu)更均勻，在鋼的表面更易生成一層致密的氧化物保護(hù)膜等，從而大大提高不銹鋼耐腐蝕的能力。所以不銹鋼能抵抗火、水、酸、堿和各種溶液對它的腐蝕，不生銹。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)越均勻，各種組成成分就聯(lián)系得越緊密，腐蝕物入侵就越困難，再加上表面又附著一層氧化物保護(hù)膜，就像給鋼鐵穿上盔甲一樣，自然就不容易生銹了。

不銹鋼的耐腐蝕性主要是因?yàn)樵阡撝刑砑恿溯^高含量的Cr元素，Cr元素易于氧化，能在鋼的表面迅速形成致密的Cr₂O₃氧化膜，使鋼的電極電和在氧化介質(zhì)中的耐蝕性發(fā)生突變性提高，不銹鋼的耐腐蝕性能主要依靠表面覆蓋的這一層極薄的(約1mm)致密的鈍化膜，這層鈍化膜與腐蝕介質(zhì)隔離，是不銹鋼防護(hù)的基本屏障，如果鈍化膜不完整或有缺陷被破壞，不銹鋼仍會被腐蝕。

 不銹鋼也會銹蝕，不銹鋼板材、設(shè)備及附件的吊運(yùn)、裝配、焊接、焊縫檢查(如著色探傷、耐壓實(shí)驗(yàn))及加工過程中帶來的表面油污、劃傷、鐵銹、雜質(zhì)、低熔點(diǎn)金屬污染物、油漆、焊渣、飛濺物等，這些物質(zhì)影響了不銹鋼表面質(zhì)量，破壞了其表面鈍化膜，降低了表面耐蝕性，還易與以后接觸的化學(xué)品中的腐蝕介質(zhì)共同作用，引發(fā)點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、甚至?xí)?dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂。

奧氏體組織

       奧氏體是碳溶解在γ－Fe中的間隙固溶體，常用符號A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。其溶碳能力較大，在727℃時(shí)溶碳為ωc＝0.77％,1148℃時(shí)可溶碳2.11％。奧氏體是在大于727℃高溫下才能穩(wěn)定存在的組織。奧氏體塑性好，是絕大多數(shù)鋼種在高溫下進(jìn)行壓力加工時(shí)所要求的組織。

　　奧氏體組織就是由奧氏體單晶體結(jié)晶形成的團(tuán)狀組織,鑲嵌在鋼材質(zhì)中,改善鋼材性能。在淬火處理中，鐵的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變其性質(zhì)變化的內(nèi)在因素。

　　奧氏體不銹鋼，是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%~10%、C約0.1%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強(qiáng)度較低，不可能通過相變使之強(qiáng)化，僅能通過冷加工進(jìn)行強(qiáng)化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性