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    不銹鋼中各元素的作用

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    碳C
      鋼中含碳量增加,屈服點和抗拉強度升高,但塑性和沖擊性降低,當碳量0.23%超過時,鋼的焊接性能變壞,因此用于焊接的低合金結構鋼,含碳量一般不超過 0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力,在露天料場的高碳鋼就易銹蝕;此外,碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。
     
    鉻Cr
      鉻能增加鋼的淬透性并有二次硬化的作用,可提高碳鋼的硬度和耐磨性而不使鋼變脆。含量超過12%時,使鋼有良好的高溫抗氧化性和耐氧化性腐蝕的作用,還增加鋼的熱強性。鉻為不銹鋼耐酸鋼及耐熱鋼的主要合金元素。
     
     
     
      鉻能提高碳素鋼軋制狀態的強度和硬度,降低伸長率和斷面收縮率。當鉻含量超過15%時,強度和硬度將下降,伸長率和斷面收縮率則相應地有所提高。含鉻鋼的零件經研磨容易獲得較高的表面加工質量。
     
      鉻在調質結構中的主要作用是提高淬透性,使鋼經淬火回火后具有較好的綜合力學性能,在滲碳鋼中還可以形成含鉻的碳化物,從而提高材料表面的耐磨性。含鉻的彈簧鋼在熱處理時不易脫碳。鉻能提高工具鋼的耐磨性、硬度和紅硬性,有良好的回火穩定性。在電熱合金中,鉻能提高合金的抗氧化性、電阻和強度。
     
    鎳Ni
      鎳在鋼中強化鐵素體并細化珠光體,總的效果是提高強度,對塑性的影響不顯著。
     
      一般地講,對不需調質處理而在軋鋼、正火或退火狀態使用的低碳鋼,一定的含鎳量能提高鋼的強度而不顯著降低其韌性。據統計,每增加1%的鎳約可提高強度29.4Pa。
     
      隨著鎳含量的增加,鋼的屈服程度比抗拉強度提高的快,因此含鎳鋼的比可較普通碳素鋼高。鎳在提高鋼強度的同時,對鋼的韌性、塑性以及其他工藝的性能的損害較其他合金元素的影響小。
     
      對于中碳鋼,由于鎳降低珠光體轉變溫度,使珠光體變細;又由于鎳降低共析點的含碳量,因而和相同的碳含量的碳素鋼比,其珠光體數量較多,使含鎳的珠光體鐵素體鋼的強度較相同碳含量的碳素鋼高。反之,若使鋼的強度相同,含鎳鋼的碳含量可以適當降低,因而能使鋼的韌性和塑性有所提。鎳可以提高鋼對疲勞的抗力和減小鋼對缺口的敏感性。鎳降低鋼的低溫脆性轉變溫度,這對低溫用鋼有極重要的意義。含鎳3.5%的鋼可在-100℃時使用,含鎳9%的鋼則可在-196℃時工作。鎳不增加鋼對蠕變的抗力,因此一般不作為熱強鋼的強化元素。
     
      鎳含量高的鐵鎳合金,其線脹系數隨鎳含量增減而顯著變化,利用這一特性,可以設計和生產具有極低或一定線脹系數的精密合金、雙金屬材料等。此外,鎳加入鋼中不僅能耐酸,而且也能抗堿,對大氣及鹽都有抗蝕能力,鎳是不銹耐酸鋼中的重要元素之一。
     
    鉬Mo
      鉬在鋼中能提高淬透性和熱強性,防止回火脆性,增加剩磁和矯頑力以及在某些介質中的抗蝕性。在調質鋼中,鉬能使較大斷面的零件淬深、淬透,提高鋼的抗回火性或回火穩定性,使零件可以在較高溫度下回火,從而更有效地消除(或降低)殘余應力,提高塑性。在滲碳鋼中鉬除了具有上述作用外,還能在滲碳層中降低碳化物在晶界上形成連續網狀的傾向,減少滲碳層中殘留的奧氏體,相對地增加了表面層的耐磨性。
     
      在鍛模剛中,鉬還能保持鋼有比較穩定的硬度,增加對變形。開裂和磨損等的抗力。在不銹耐酸鋼中,鉬能進一步提高對有機酸(如蟻酸、醋酸、草酸等)以及過氧化氫、硫酸、亞硫酸、硫酸鹽、酸性染料、漂白粉液等的抗蝕性。特別是由于鉬的加入,防止了氯離子的存在所產生的點腐蝕傾向。含1%左右鉬的W12Cr4V4Mo高速鋼具有耐磨性、回火硬度和紅硬性等。
     
    硅Si
      硅能溶于鐵素體和奧氏體中提高鋼的硬度和強度,其作用僅次于磷,較錳、鎳、鉻、鎢、鉬、釩等元素強。但含硅量超過3%時,將顯著降低鋼的塑性和韌性。硅能提高鋼的彈性極限、屈服強度和屈服比(σs/σb),以及疲勞強度和疲勞比(σ-1/σb)等。這是硅或硅錳鋼可作為彈簧鋼種的緣故。硅能降低鋼的密度、熱導率和電導率。能促使鐵素體晶粒粗化,降低矯頑力。有減小晶體的各向異性傾向,使磁化容易,磁阻減小,可用來生產電工用鋼,所以硅鋼片的磁阻滯損耗較低。硅能提高鐵素體的導磁率,使鋼片在較弱磁場下有較高的磁感強度。
     
      但在強磁場下硅降低鋼的磁感強度。硅因有強的脫氧力,從而減少了鐵的磁時效作用。含硅的鋼在氧化氣氛中加熱時,表面將形成一層SiO2薄膜,從而提高鋼在高溫時的抗氧化性。硅能促使鑄鋼中的柱狀晶成長,降低塑性。硅鋼若加熱時冷卻較快,由于熱導率低,鋼的內部和外部溫差較大,因而斷裂。硅能降低鋼的焊接性能。因為與氧的結合能力硅比鐵強,在焊接時容易生成低熔點的硅酸鹽,增加熔渣和融化金屬的流動性,引起噴濺現象,影響焊接質量。硅是良好的脫氧劑。用鋁脫氧時酌情加一定量的硅,能顯著提高率的脫氧性。硅在鋼中本來就有一定的殘存,這是由于煉鐵煉鋼時作為原料帶入的。在沸騰鋼中,硅限制在<0.07%,有意加入時,則在煉鋼時加入硅鐵合金。
     
    錳Mn
      錳是良好的脫氧劑和脫硫劑。鋼中一般都含有一定量的錳,它能消除或減弱由于硫引起的鋼的熱脆性,從而改善鋼的熱加工性能。
     
      錳和鐵形成的固溶體,提高鋼中鐵素體和奧氏體的硬度和強度;同時又是碳化物形成的元素,進入滲碳體中取代一部分鐵原子,錳在鋼中由于降低臨界轉變溫度,起到細化珠光體的作用,也間接地起到提高珠光體鋼強度的作用。
     
      錳穩定奧氏體組織的能力僅次于鎳,也強烈增加鋼的淬透性。已用含量不超過2%的錳與其他元素配合制成多種合金鋼。錳具有資源豐富、效能多樣的特點,獲得了廣泛的應用,如含錳較高的碳素結構鋼、彈簧鋼。
     
      在高碳高錳耐磨鋼中,錳含量可達10%~14%,經固溶處理后有良好的韌性,當收到沖擊而變形時,表面層將因變形而強化,具有高的耐磨性。錳與硫形成熔點較高的MnS,可防止因FeS而導致的熱脆現象。錳有增加鋼晶粒粗化的傾向和回火脆性敏感性。若冶煉澆注和鍛軋后冷卻不當,容易使鋼產生白點。
     
    鋁Al
      鋁主要用來脫氧和細化晶粒。在滲氮鋼中促使形成堅硬耐蝕的滲氮層。鋁能抑制低碳鋼的時效,提高鋼在低溫下的韌性。含量高時能提高鋼的抗氧化性及在氧化性酸和H2S氣體中的耐蝕性,能改善鋼的電、磁性能。鋁在鋼中固溶強化作用大,提高滲碳鋼的耐磨性、疲勞強度及芯部力學性能。在難冶合金中鋁與鎳形成化合物,從而提高冶強性,含鋁的鐵鉻鋁合金在高溫下具有接近恒電阻的特性和優良的抗氧化性,適于做電冶合金材料與鉻鋁電阻絲。某些鋼脫氧時,如果鋁用量過多,則會使鋼產生反常組織和有促進鋼的石墨化傾向。在鐵素體及珠光體鋼中,鋁含量較高時,會降低其高溫強度和韌性,并給冶煉、澆注等方面帶來若干困難。
     
    磷P
      磷在鋼中固溶強化和冷作硬化作用強。作為合金元素加入低合金結構鋼中,能提高其強度和鋼的耐大氣腐蝕性能,但降低其冷沖壓性能。磷與硫和錳聯合使用,能增加鋼的被切削性能,增加加工件的表面質量,用于易切削鋼,所以易切削鋼含磷也比較高。磷用于鐵素體,雖然能提高鋼的強度和硬度,最大的害處是,偏析嚴重,增加回火脆性,顯著增加鋼的塑性和韌性,致使鋼在冷加工時容易脆裂也即所謂“冷脆”現象。磷對焊接性也有不利影響。磷是有害元素,應嚴加控制,一般含量不大于0.03%~0.04%。
     
    硫S
     
     
      提高硫和錳的含量,可以改善鋼的被切削性能,在易切削鋼中,硫作為有益元素加入。硫在鋼中偏析嚴重。惡化鋼的質量,在高溫下,降低鋼的塑性,是一種有害元素,它以熔點較低的FeS形式存在。單獨存在的FeS的熔點只有1190℃,而在鋼中與鐵形成共晶體的共晶溫度更低,只有988℃,當鋼凝固時,硫化鐵析集在原生晶界處。鋼1100~1200℃進行軋制時,晶界上的FeS就將熔化,大大的削弱了晶粒之間的結合力,導致鋼的熱脆現象,因此對硫應嚴加控制。一般控制在0.020%~0.050%。為防止因硫導致的脆性,應加足夠的錳,使其形成熔點較高的MnS。若鋼中含流量偏高,焊接時由于SO2的產生,將在焊接金屬內形成氣孔和疏松。
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