【正文】 ，鐵素體都直接從液態(tài)中結(jié)晶出 來。當(dāng)鉻含量較高時，脆硬的δ相在約 820℃從δ鐵素體中開始析出。δ相是 wCr45%的 FeCr 金屬間化合物，會使金屬發(fā)生脆化。由于δ相是在晶界析出，消耗了大量的鉻，使耐腐蝕性下降。載低于 600℃時α（δ）鐵素體偏析形成低鉻的α鐵素體和高鉻的α′鐵素體，這就是不銹鋼的 475℃脆 性 。 鐵素體不銹鋼性能特點 在各類不銹鋼中，鐵素體型不銹鋼具有良好的強度及冷成形性能，但在室溫及低溫下的韌性差，塑 脆性轉(zhuǎn)變溫度高，并有缺口敏感性，與奧氏體型不銹鋼相比，其蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 2 高溫強度不良；在低溫和大截面尺寸條件下，其韌性較低。鐵 素體型不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)為體心立方晶體，有磁性。這類鋼既不能通過熱處理進(jìn)行強化，也不能通過冷加工進(jìn)行強化。鋼的熱導(dǎo)率最高、線脹系數(shù)較小，導(dǎo)熱性和膨脹特性與普通碳鋼類似，耐蝕性隨鋼中含鉻量的增加而提高 。 硼在鋼中的存在形式 根據(jù)晶體學(xué)的尺寸因數(shù)判斷，如果溶質(zhì)對溶劑原子半徑的比率小于 ，形成間隙固溶體；若半徑的比率在 和 之間，通常形成置換固溶體。通過計算可知，硼與 α Fe,γ Fe 鐵原子的半徑比率在間隙和置換兩個極限值之間，僅此判斷硼在鐵和鋼中即可形成間隙式 固溶體又可形成置換式固溶體。根據(jù) x 射線結(jié)構(gòu)分析和最近的擴(kuò)散數(shù)據(jù)以及滯彈性研究結(jié)果綜合分析推斷，硼在 α Fe 形成置換式固溶體，在 γ Fe中形成間隙和置換兩種形式的固溶體。 硼在鋼中的存在形態(tài)可分為酸不溶硼和酸溶硼兩類。前者包括氧化硼、氮化硼中的硼，不具有提高淬透 性的作用 。后者包括具有提高淬透性作用的固溶硼和 鐵、碳化合物 (如 Fe3(C、 B)、 Fe23(C、 B)6) 中的硼。在熱處理過程中這兩種硼可相互轉(zhuǎn)化。對 50B 鋼的研究指出，在退火狀態(tài)的 50B 鋼中， 硼存在于固镕體 (鐵素體 )和碳硼化物Fe3(C， B)及 Fe23(B， C)6之中。對于經(jīng)過特殊等溫處理并經(jīng)淬火 (具有馬氏體和析出相 )的 50B 鋼，硼存在于固镕體 (馬氏體 )和碳硼化物 Fe23(B， C)6 之中。當(dāng)然，并不排除征夾雜物中有硼的可能性，例如在實際生產(chǎn)中，硼的氮化物及氧化物的形成，也是難以避免的。 對于高合金鋼中硼的存在形式，目前也有不少的研究。已經(jīng)確定，隨 鋼 中硼含量不同，硼將在不同成份的析出物中出現(xiàn)。主要是 M 23(B， C)6 、 V4(C， B)3。 M3B2及M2B 等類型析出物。盡管對不同類型的硼鋼來說，硼會出現(xiàn)在不同類型的析出物之中，但是硼在固溶體里存在形式和 在奧氏體晶界上的吸附效應(yīng)，不論在低合金鋼還是高合金鋼中都沒有本質(zhì)的區(qū)別。 硼對鋼組織 的 影響 硼對鋼相變的影響 硼對鋼的相變的影響主要在于影響相變的孕育期，即“ C”曲線中，恒溫下開始蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 3 轉(zhuǎn)變前的時間，孕育期的物理本質(zhì)是新相形核的難易程度。微量的硼 ( %) 在奧氏體晶界上有偏聚作用，可有效地抑制先析鐵素體析出。鋼中加入硼后，由于硼是偏聚傾向較大的元素，能偏聚于晶界，降低了碳原子在晶界上的偏聚濃度，有效地抑制了先共析鐵素體的析出，并對貝氏體轉(zhuǎn)變推遲較少，從而形成自己獨特的“ C”曲線形 狀。 硼強化晶界的機理 硼偏集于晶界上，使晶界區(qū)域的晶格缺位和空穴減少，晶界自由能降低。硼減緩了合金元素沿晶界的擴(kuò)散過程 。 硼能抑制晶界片層狀、胞狀析出相以及改善碳化物不均勻分布的狀態(tài)，改善了晶界狀態(tài)。 硼對晶粒尺寸的影響 在低碳鋼中隨硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，奧氏體晶粒尺寸明顯增大。由于鋼中 B 與 N形成 BN，減少了 AlN 的生成數(shù)量，在升溫過程中， BN 先溶解于奧氏體，而 AlN 數(shù)量很少，所以奧氏體晶粒長大不受阻礙。提高奧氏體化溫度， B 對奧氏體晶粒長大的作用會更加明顯。在 600～ 900℃范圍內(nèi)， Fe23(B,C)6會在γ晶界析出，如奧氏體化溫度較低時， Fe23(B,C)6沒有完全溶解于奧氏體，殘留的非連續(xù)的 Fe23(B,C)6會阻礙γ晶粒長大；當(dāng)提高奧氏體化溫度時， Fe23(B,C)6 會完全溶解，消除了其阻礙作用，使得γ晶粒迅速長大。 為了保證 B 元素的有利作用，減少有害作用，須添加合金元素 Ti 來固定雜質(zhì)元素 O、N，從而使 B 處于固溶態(tài)，并偏聚于晶界以發(fā)揮其長處；并且形成的 TiN、 TiO 能有效的起到細(xì)化晶粒的作用；同時 Ti 能抑制加熱時奧氏體晶粒的長大，并且微量的 Ti也有利于改善焊接熱影響區(qū)的韌性。 單 位體積內(nèi)晶粒的平均數(shù)量用 Z 表示，則在均勻條件下形核和成長時， Z 與 N和 G的關(guān)系為： Z=K(N/G)3/4，其中 K為比例常數(shù)，約為 。因此，在結(jié)晶過程中凡是減小 N而增大 G，即：使 N/G減小的方法，都可以使晶粒變粗大。硼鋼中固溶硼在降溫過程中能夠在奧氏體晶界偏聚，降低了晶界能，可以阻礙先共析鐵素體在奧氏體晶界形核，因而在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變時，形核率 N降低；而且，硼對晶粒的長大速度沒有影響，則平均長大速度 G不變，從而使 N/G變小，晶粒數(shù) Z 小，平均晶粒尺寸大。 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 4 硼對鋼性能的影響 硼對鋼淬透 性的影響 硼對增加鋼的淬透性有重要意義，在鋼中加入主 ﹪～ ﹪的硼所達(dá)到的增加淬透性的作用，相當(dāng)于加入 ﹪的 Mn、 Cr 或 Mo。 硼對淬透性的貢獻(xiàn)，主要在于硼在奧氏體晶界的偏聚，是奧氏體分解的新相在奧氏體晶界處形核困難，從而造成奧氏體分解的孕育期增長，使淬透性提高。 根據(jù)相變理論，珠光體轉(zhuǎn)變屬于擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，新相的形核一般首先在母相奧氏體的晶界處形成，這是因為晶界處最容易滿足三大起伏條件，即能量起伏、成分起伏和結(jié)構(gòu)起伏。如果破壞了其中某些條件，都有可能使形核發(fā)生困難，從而造成奧氏體分解的孕育期增長。 硼對鋼淬硬性的影響 微量硼能夠明顯提高不銹鋼的淬硬性，主要與不銹鋼的化學(xué)成分和夾雜物元素如氧、氮有關(guān)。鋼的化學(xué)成分一定時，淬硬性隨著淬火溫度的變化具有一個峰值特征。微量的硼能夠明顯地提高不銹鋼的淬硬性，隨冷卻速度的加大，硬度逐漸提高。 硼對鋼生產(chǎn)工藝的影響 硼鋼的生產(chǎn)工藝具有一系列特點，必須對冶煉、加工及熱處理工藝給予注意，才能保證使硼鋼獲得理想的組織和性能。 由于硼的化學(xué)性質(zhì)極為活潑，很容易與鋼中的氧、氮結(jié)合，使硼失去作用，而且鋼中的硼含量又極少 ，所以在硼鋼的冶煉中如何保證穩(wěn)定地獲得適量的酸溶硼而且均勻地分布在鋼中是非常重要的。硼鋼可以用電爐、轉(zhuǎn)爐冶煉。為了保護(hù)硼，在加硼前應(yīng)先行加入與氧、氮結(jié)合力比硼更強的鋁、鈦、鋯等，即先加鋁脫氧，再加鈦等定氮，最后向爐中或鋼包中加入硼，這就是所謂的經(jīng)典法。也可將含有硼和鋁、鈦、鋯、錳、硅等多種保護(hù)元素的復(fù)合硼鐵合金一次加入。常用的一種復(fù)合合金的成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) )是： 20 鈦、 13 鋁、 4 鋯、 8 錳、 5 硅、 硼，余為 Fe。但是用鈦定氮保護(hù)硼形成的 TiN 也很容易使鋼的韌性、疲勞性能甚至機加工性能變壞。而且 TiN很穩(wěn)定， 一旦形成就幾乎不再變化，難以進(jìn)一步起到平衡、穩(wěn)定酸溶硼含量的作用，所以日本的土生隆一、法國 Urgine 廠都研究了只用鋁不用鈦的保硼冶煉方法，實際應(yīng)用效果很好。 蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 5 硼鋼以微量硼代替大量其他合金元素，故與淬透性相同的其他合金鋼相比合金含量大大降低，在高溫時的變形抗力減小，容易塑性變形，其氧化皮也較松散、易脫落，所以硼鋼易于鍛、軋熱加工，對加工設(shè)備、工具的磨損、破壞也較小。但是硼鋼的熱加工工藝仍有認(rèn)真選擇和控制的必要。比如加熱溫度不宜過高，加熱時間盡量縮短，以盡量減少脫硼，同時也是為了減小晶界硼相的 析出濃度。在較低溫度下變形，對硼鋼獲得較高淬透性和較小晶粒度是有幫助的。另外熱加工變形量對硼鋼沖擊韌性有較大影響，變形程度越高，硼在鋼中的分布越均勻，晶界硼相的鏈狀分布容易被破壞，對鋼的性能越有好處。 硼鋼最適宜在淬火、回火后使用，而且必須淬透，否則不但不能發(fā)揮硼提高淬透性的作用，而且還因硼使未淬透的鋼材心部產(chǎn)生針狀鐵素體而惡化力學(xué)性能、所以硼鋼的熱處理亦是十分重要的。淬火前最好預(yù)先正火以得到盡可能多的固溶硼。淬火溫度不宜過高，冷卻速度要足夠大，以盡量減少硼冶金金屬相的數(shù)量和粒度。多量和大尺寸 的硼相會降低硼鋼的韌性，即所謂的 “硼脆 ”。硼對鋼的抗回火軟化能力無影響。與淬透性相當(dāng)?shù)钠渌辖痄撓啾?，硼鋼的抗回火軟化能力較低，故為獲得相同的強度，硼鋼的回火溫度應(yīng)適當(dāng)降低 (與鉻鉬鋼相比，可低 20～ 50℃ )，回火時間也要短些。另外，硼還使回火脆化傾向略有增加，對此也應(yīng)注意。硼鋼屬于細(xì)晶粒鋼 ，如果熱加工制度選擇適當(dāng)，亦可以利用鍛后余熱直接淬火，不會因晶粒粗化而出現(xiàn)問題。硼不降低馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度 (Ms 點 )，故相當(dāng)于低碳低合金鋼的硼鋼的慪比淬透性相當(dāng)?shù)你t鉬鋼高很多，淬火中首批形成的馬氏體在隨后的冷卻過程中即被回 火。所以一些硼鋼淬火后并非必須回火，特別是碳含量低于 ％的硼鋼。這樣就大大簡化了熱處理工藝。只要硼鋼鋼材能被淬透，回火后即可得到較好的綜合力學(xué)性能，而且在整個截面上比較均勻。這是因為淬火得到完全馬氏體組織，回火馬氏體保證鋼有良好的強度和韌性。另外，硼能強烈抑制鐵素體轉(zhuǎn)變，因而可極大地提高貝氏體的淬透性，某些情況下可經(jīng)空冷得到完全貝氏體組織。 硼鋼經(jīng)正火或退火后硬度較低，切削加工性能也較好。焊接性也因硼鋼的碳當(dāng)量比淬透性相當(dāng)?shù)钠渌辖痄摰投忻黠@改善。 硼對鋼耐蝕性能 的影響 高鉻鐵素體不銹鋼（ Cr17Mo2Ti）中加 %的硼，可使鋼在沸騰的 65%醋酸蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 6 中的耐腐蝕性能提高；奧氏體不銹鋼中加入微量（ ～ %）的硼，可使鋼的熱態(tài)塑性改善；硼對提高鋼的熱強性有良好的作用，可使不銹鋼的熱強性顯著提高；含硼的鉻鎳奧氏體不銹鋼在原子能工業(yè)中有著特殊的用途。 點蝕機理 在壓力容器表面的局部地區(qū) ,出現(xiàn)向深處 腐蝕 的小孔 ,其余地區(qū)不 腐蝕 或 腐蝕 輕微 ,這種 腐蝕 形態(tài)稱為小孔 腐蝕 (也稱點蝕 ) 。點蝕一般在靜止的介質(zhì)中容易發(fā)生。具有自 鈍化特性的金屬在含有氯離子的介質(zhì)中 ,經(jīng)常發(fā)生孔蝕。蝕孔通常沿著重力方向或橫向方向發(fā)展 ,孔蝕一旦形成 ,具有深挖的動力 ,即向深處自動加速 。 圖 12各種點腐蝕形貌 圖 13不銹鋼在氯離子介質(zhì)中的點蝕示意圖 在含有氯離子的水溶液中 ,不銹鋼 表面的氧化膜便產(chǎn)生了溶解 ,其原因是由于氯離子能優(yōu)先有選擇地吸附在氧化膜上 ,把氧原子排掉 ,然后和氧化膜中的陽離子結(jié)合成可溶性氯化物 ,結(jié)果在基底金屬上生成孔徑為 20μm ～ 30μm 小蝕坑 ,這些小蝕坑便是孔蝕核。在外加陽極極化條件下 ,只要介質(zhì)中含有一定量的 氯離子 ,便可能使蝕核發(fā)展成蝕孔。在自然條件下的 腐蝕 ,含氯離子的介質(zhì)中含有氧或陽離子氧或陽離子氧化劑時 ,能促使蝕核長大成蝕孔。氧化劑能促進(jìn)陽極極化過程 ,使金屬的 腐蝕 電位上升至孔蝕臨界電位以上。蝕孔內(nèi)的金屬表面處于活化狀態(tài) ,電位較負(fù) ,蝕孔外的金屬表面處于鈍化狀態(tài) ,電位較正 ,于是孔內(nèi)和孔外構(gòu)成一個活態(tài) 鈍態(tài)微電偶 腐蝕 電池 ,電池具有大陰極小陽極面積比結(jié)構(gòu) ,陽極電流密度很大 ,蝕孔加深很快 ,孔外金屬表面同時受蘭州理工大學(xué)本科生畢業(yè)論文 7 到陰極保護(hù) ,可繼續(xù)維持鈍化狀態(tài)?？變?nèi)主要發(fā)生陽極溶解 ， Fe →Fe 2+ + 2e ,Cr →Cr 3+ + 3e ,Ni →Ni 2+ + 2e； 介質(zhì)呈中性或弱堿性時 ,孔外的主要反應(yīng)為 ， O2 + H2O + 2e →2OH 。 由于陰、陽兩極彼此分離 ,二次 腐蝕 產(chǎn)物將在孔口形成 ,沒有多大的保護(hù)作用?？變?nèi)介質(zhì)相對于孔外介質(zhì)呈滯流狀態(tài) ,溶解的金屬陽離子不易往外擴(kuò)散 ,溶解氧也不易擴(kuò)散進(jìn)來。由于孔內(nèi)金屬陽離子濃度增加 ,氯離子遷入以維持電中性 ,這樣就使孔內(nèi)形成金屬氯化物的濃溶液 ,這種濃溶液可使孔內(nèi)金屬表面繼續(xù)維持活化狀態(tài)。又由于氯化物水解的結(jié)果 ,孔內(nèi)介質(zhì)酸度增加 ,使陽極溶解加快 ,蝕孔進(jìn)一步發(fā)展 ,孔口介質(zhì)的pH值逐漸升高 ,水中的可溶性 鹽將轉(zhuǎn)化為沉淀物 ,結(jié)果銹層、垢層一起在孔口沉積形成一個閉塞電池。閉塞電池形成后 ,孔內(nèi)、外物質(zhì)交換更加困難 ,使孔內(nèi)金屬氯化物更加濃縮 ,氯化物水解使介質(zhì)酸度進(jìn)一步增加 ,酸度的增加將使陽極溶解速度進(jìn)一步加快 ,蝕孔的高速度深化 ,可把金屬斷面蝕穿。這種由閉塞電路引起的孔內(nèi)酸化從而加速 腐蝕 的作用稱為自催化酸化作用。 影響點蝕的各種因素 合金因素（內(nèi)因） 每種金屬或合金在某種介質(zhì)中耐點蝕的性能取決于它們在那種介質(zhì)中的點蝕電位（或擊穿電位）。 這里是指材料所處的介質(zhì)特性，它對點蝕的形成 有重要的影響。 (1)介質(zhì)類型 某些材料易發(fā)生點蝕的介質(zhì)是特定的。如不銹鋼易在含鹵族元素陰離子 Cl、 Br、I中發(fā)生，而銅則對 SO42更敏感。當(dāng)溶液中含有 FeCl CuCl2為代表的二價以上重金屬氯化物時，由于金屬離子強烈的氧化作用，將大大促進(jìn)點蝕的形成和發(fā)展。 (2)介質(zhì)濃度 以鹵族離子為例，一般認(rèn)為，只有當(dāng)鹵族離子達(dá)到一定濃度才發(fā)生點蝕。可以把產(chǎn)生點蝕的最小濃度作為評定點蝕趨勢的一個參量。 (3)介質(zhì)中其它陰離子作用 介質(zhì)中如存在 OH， SO42等陰離子，對不銹鋼點蝕起緩蝕作用。 SO42含量 足夠高時，能完全把氯離子從表面排擠掉 。