【正文】 100 多種，在工業(yè)中常用的鋼鐵材料中可以遇到的化學(xué)元素約二十多種。這些元素中除碳、硅、氮以外，都是化學(xué)元素周期表中位于過渡族的元素。 1)．各種元素對不銹鋼的性能和組織的影響和作用 ：決定不銹鋼性屬的 元素只有一種，這就是鉻，每種不銹鋼都含有一定數(shù)量的鉻。鉻之所以成為決定不銹鋼性能的主要元素，根本的原因是向鋼中添加鉻作為合金元素以后，促使其內(nèi)部的矛盾運動向有利于抵抗腐蝕破壞的方面發(fā)展。構(gòu)成金屬與合金鈍化的理論很多，主要有薄膜論、吸附論及電子排列論。碳在不銹鋼中對組織的影響主要表現(xiàn)在兩方面，一方面碳是穩(wěn)定奧氏體的元素，并且作用的程度很大（約為鎳的 30 倍），另一方面由于碳和鉻的親和力很大，與鉻形成 —系列復(fù)雜的碳化物。 認識了這一影響的規(guī)律，我們就可以從不同的使用要求出發(fā)，選擇不同含碳量的不銹鋼。 就這五個鋼號來說由于含碳量不同，強度與耐腐蝕性能也是有區(qū)別的，0Cr13～ 2Crl3 鋼的耐腐蝕性較好但強度低于 3Crl3 和 4Cr13 鋼，多用于制造結(jié)構(gòu)零件，后兩個鋼號由于含碳較高而可獲得高的強度多用于制造彈簧、刀具等要求高強度及耐磨的零件。 總的來講，目前工業(yè)中獲得應(yīng)用的不銹鋼的含碳量都是比較低的，大多數(shù)不銹鋼的含碳量在 ～ ％之間，耐酸鋼則以含碳 ～ ％的居多。此外，較低的含碳量也是出于某些工藝上的要求，如易于焊接及冷變形等。鎳在鋼中是形成奧氏體的元素，但低碳鎳鋼要獲得純奧氏體組織，含鎳量要達到 24％；而只有含鎳 27％時才使鋼在某些介質(zhì)中的耐腐蝕性能顯著改變。但是鎳與鉻同時存在于不銹鋼中時，含鎳的不銹鋼卻具有許多可貴的性能。 14. 錳和氮可以代替鉻鎳不銹鋼中鎳 鉻鎳奧氏體鋼的優(yōu)點雖然很多，但近幾十年來由于鎳基耐熱合金與含鎳20％以下的熱強鋼的大量發(fā)展與應(yīng)用，以及化學(xué)工業(yè)日益發(fā)展對不銹鋼的需要量越來越大，而鎳的礦藏量較少且又集中分布在少數(shù)地區(qū)，因此在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了鎳在供和需方面的矛盾。 錳對于奧氏體的作用與鎳相似。在提高鋼的耐腐蝕性能方面，錳的作用不大，如鋼中的 含錳量從 0 到 10．4%變化，也不使鋼在空氣與酸中的耐腐蝕性能發(fā)生明顯的改變。 錳在鋼中穩(wěn)定奧氏體的作用約為鎳的二分之一，即 2％的氮在鋼中的作用也是穩(wěn)定奧氏體，并且作用的程度比鎳還要大。 。 的影響 以上主要的九種元素對不銹鋼的性能和組織的影響，除這些元素對不銹鋼性能與組織影響較大的元素以外，不銹鋼中還含有一些其他的元素。從不銹鋼的耐腐蝕性能這一主要性質(zhì)來說，這些元素相對于已討論的九種元素，都是非主要方面的，雖然如此，但也不能完全忽略，因為它們對不銹鋼的性能與組織同樣也發(fā)生影響。 鈷作為合金元素在鋼中應(yīng)用不多，這是因為鈷的價 格高及其在其它方面（如高速鋼、硬質(zhì)合金、鈷基耐熱合金、磁鋼或硬磁合金等）有著更重要的用途。 硼：高鉻鐵素體不銹鋼 Crl7Mo2Ti 鋼中加 0． 005％硼，可使在沸騰的65％醋酸中的耐腐蝕性能提高。少量的硼由于形成低熔點共晶體，使奧氏 體鋼焊接時產(chǎn)生熱裂紋的傾向增大，但含有較多的硼（ 0． 5～ 0．6％）時，反而可防止熱裂紋的產(chǎn)生。熔池的凝固溫度低于半溶化區(qū)時，母材在冷卻時產(chǎn)生的張應(yīng)力，由處于液態(tài)．固態(tài)的焊縫金屬承受，此時是不致引起裂縫的，即使在近縫區(qū)形成了裂紋，也可以為處于液態(tài)－固態(tài)的熔池金屬所填充。 磷：在一般不銹鋼中都是雜質(zhì)元素，但其在奧氏體不銹鋼中的危害性不像在一般鋼中那樣顯著，故含量可允許高一些，如有 的資料提出可達0． 06％，以利于冶煉控制。利用磷對鋼的強化作用，也有加磷作為時效硬化不銹鋼的合金元素， PH17－10P 鋼 (含 0． 25％磷 )乃 PH－ HNM 鋼（含 0． 30 磷）等。但向不銹鋼中加 0． 2～ 0．4％的硫，可提高不銹鋼的切削性能，硒也具有同樣的作用。含 0． 31％硫的 18－ 8 鋼（ 0．084％ C、 18． 15％ Cr、 9． 25％ Ni）的沖擊值為 1． 8 公斤 /平方厘米；含 0。硫與硒均降低不銹鋼的耐腐蝕性能，所以實際應(yīng)用它們作為不銹鋼的合金化元素的很少。如向 Crl7Ti 鋼和 Cr17Mo2Ti 鋼中加少量的稀土元素，可以消除鋼錠中因氫氣引起的氣泡和減少鋼坯中的裂紋。曾有一種含 19． 5%鉻、 23％鎳以及鉬銅錳的奧氏體鋼，由于熱加工工藝性能在過去只能生產(chǎn)鑄件，加稀土元素后則可軋制成各種型材。工業(yè)上還按自高溫（ 9001100 度）加熱空氣冷卻后鋼的基體組織的類型對不銹鋼進行分類，這是基于我們上面所討論的碳及合金元素對不銹鋼組織影響的特點決定的?？梢园堰@三類不銹鋼的特點歸納 (如下表 )，但需要說明的是馬氏體不銹鋼并不是都不可焊接，只是受某些條件的限制，如焊前應(yīng)預(yù)熱焊后應(yīng)作高溫回火等，而使焊接工藝比較復(fù)雜。 不銹鋼的分類、主要成分及性能比較 分類 大概成分 （ %） 淬火性 耐蝕性 加工性 可焊接性 磁性 C Cr Ni 鐵素體系 0． 35 以下 1627 無 佳 尚佳 尚可 有 馬氏體系 1． 20 以下 1115 自硬性 可 可 不可 有 奧氏體系 0． 25 以下 16 以上 7 以上 無 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 無 以上分類僅是按鋼的基體組織分的，由于鋼中穩(wěn)定奧氏體及形成鐵素體的元素的作用不能互相平衡，以及由于大量的鉻使平衡圖 S 點左移，工業(yè)中應(yīng)用的不銹鋼的組織除了上面講的三種基本類型以外，還有馬氏體 —鐵素體，奧氏體－鐵素體，奧氏體－馬氏體等過渡型的復(fù)相不銹鋼，以及具有馬氏體－碳化物組織的不銹鋼。這類鋼在淬火（固溶）狀態(tài)下的組織為鐵素體，退火及時效狀態(tài)的組織中則可見到少量碳化物及金屬間化合物。鐵素體不銹鋼因為含鉻量高，耐腐蝕性能與抗氧化性能均比較好，但機械性能與工藝性能較差，多用于受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)及作抗氧化鋼使用。 0Crl3 鋼，lCrl3 鋼，鉻偏上限而碳偏下限的 2Cr13 鋼， Cr17Ni2 鋼， Cr17wn4 鋼，以及在 ICrl3 鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的許多改型 12％鉻熱強鋼（這類鋼也叫做耐熱不銹鋼）中的許多鋼號，如 Cr11MoV， Cr12WMoV，Crl2W4MoV， 18Crl2WMoVNb 等均屬干這一類。但它們的機械性能與工藝性能在很大程度上受組織 中鐵素體的含量及分布形態(tài)的影響。前者具有抵抗大氣及弱腐蝕性介質(zhì)的能力，并且具有良好的減震性及較小的線膨脹系數(shù)；后者的耐腐蝕性能與相同含鉻量的鐵素體耐酸鋼相當，但在一定程度上也保留著高鉻鐵素體鋼的某些缺點。 這類鋼包括 2Cr13,2Cr13Ni2,3Cr13 以及部分改型 12％鉻熱強鋼，如13Cr14NiWVBA， Cr11Ni2MoWVB 鋼等。由于組織中沒有游離的鐵素體，機械性能比上述鋼要高，但熱處理時的過熱敏感性較低。這類鋼在正常淬火溫度加熱，次生碳化物不能完全溶于奧氏體，因此淬火后的組織為馬氏體和碳化物組 成。由于含碳量高 ,上述9Cr18 等三個鋼號中雖含有較多的鉻，但其耐腐蝕性能僅與含 12～ 14％鍺的不銹鋼相當。 這類鋼含有較多擴大 y 區(qū)和穩(wěn)定奧氏體的元素，在高溫時為均為 y相，冷卻時由于 Ms 點在室溫以下，所以在常溫下 具有奧氏體組織。 奧氏體不銹鋼具有前已述及的許多優(yōu)點，雖然機械性能也比較低，和鐵素體不銹鋼 —樣不能熱處理強化，但可以通過冷加工變形的方法，利用加工硬化作用提高它們的強度。 ２ －鐵素體鋼 這類鋼因擴 大 y 區(qū)和穩(wěn)定奧氏體元素的作用程度，不足以使鋼在常溫或很高的溫度下具有純奧氏體組織，因此為奧氏體－鐵素體復(fù)相狀態(tài)，其鐵素體量也因成分及加熱溫度不同而可在較大的范圍內(nèi)變化。與純奧氏體不銹鋼比較，這類鋼的優(yōu)點很多，如屈服強度較高，抗晶間腐蝕的能力較高，應(yīng)力腐蝕的敏感性低，焊 接時產(chǎn)生熱裂紋的傾向小，鑄造流動性好等等。所有這些優(yōu)點和缺點均來源于組織中的鐵素體。通?？捎脙煞N工藝方法使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。后一方法可獲得較 高的耐腐蝕性能，但固溶處理以后至深冷的間隔時間不宜過久，否則會因奧氏體的陳化穩(wěn)定作用而使深冷的強化效應(yīng)降低。這類鋼的典型鋼號有 17Cr 一 7Ni 一 A 15Cr－ 9Ni－ A1,17Cr—5Ni－ Mo、 15Cr8Ni－ Mo 一 A1 等等。 這類鋼是 50 年代后期發(fā)展和應(yīng)用的新型不銹鋼，它們總的特點是強度高（ C 可達 100 一 150）及熱強性好，但由于含鉻量較低并在熱處理時有碳化鉻析出，因此耐腐蝕性能比標準的奧氏體不銹鋼要低一些。 不銹鋼的耐蝕性能 腐蝕的種類和定義 一種不銹鋼可在許多介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，但在另外某種介質(zhì)中，卻可能因化學(xué)穩(wěn)定性低而發(fā)生腐蝕。 在眾多的工業(yè)用途中，不銹鋼都能提供今人滿意的耐蝕性能。這些局部腐蝕所導(dǎo)致的失效事例幾乎占失效事例的一半以上。 金屬的腐蝕，按機理可分為特理腐蝕、化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕三種。 應(yīng)力腐蝕開裂（ SCC）：是指承受應(yīng)力的合金在腐蝕性環(huán)境中由于烈紋的 擴展而互生失效的一種通用術(shù)語。發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的必要條件是要有拉應(yīng)力（不論是殘余應(yīng)力還是外加應(yīng)力，或者兩者兼而有之）和特定的腐蝕介質(zhì)存在。這個導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力值，要比沒有腐蝕介質(zhì)存在時材料斷裂所需要的應(yīng)力值小得多。因此，由于應(yīng)力腐蝕開裂而失效的零件的斷面，將包含有應(yīng)力腐蝕開裂的特征區(qū)域以及與已微缺陷的聚合相聯(lián)系的 “韌窩 ”區(qū)域。 晶間腐蝕：晶粒間界是結(jié)晶學(xué)取向不同的晶粒間紊亂錯合的界城，因而，它們是鋼中各種溶質(zhì)元素偏析或金屬化合物（如碳化物和 δ相）沉淀析出的有利區(qū)城。這種類型的腐蝕被稱為晶間腐蝕，大多數(shù)的金屬和合金在特定的腐蝕介質(zhì)中都可能呈現(xiàn)晶間腐蝕。 縫隙腐蝕：是指在金屬構(gòu)件縫隙處發(fā)生斑點狀或潰瘍形的宏觀蝕坑，是局部腐蝕的一種形式，它可能發(fā)全于溶液停滯的縫隙之中或屏蔽的表面內(nèi)。 全面腐蝕：是用 來描述在整個合金表面上以比較均勺的方式所發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象的術(shù)語。不銹鋼在強酸和強堿中可能呈現(xiàn)全面腐蝕。 均勻腐蝕：是指接觸腐蝕介質(zhì)的金屬表面全部產(chǎn)生腐蝕的現(xiàn)象。腐蝕速率小于 年的，認為是 完全耐蝕 ；腐蝕速率小于 ，認為是 耐蝕 的。 304 是一種通用性的不銹鋼，它廣泛地用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設(shè)備和機件。 302 不銹鋼實質(zhì)上就是含碳量更高的 304 不銹鋼的變種，通過冷軋可使其獲得較高的強度。 303 和 303Se 是分別含有硫和硒的易切 削不銹鋼，用于主要要求易切削和表而光浩度高的場合。 304L 是碳含量較低的 304 不銹鋼的變種，用于需要焊接的場合。