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各类合金元素对不锈钢性能的影响

各类合金元素对不锈钢性能的影响

一.镍元素对不锈钢的影响

镍是的主要合金元素,其主要作用是稳定奥氏体,使钢获得完全奥氏体组织,

从而使钢具有良好的强度和塑性,韧性的配合,并具有优良的冷,热加工性和冷形

成性以及焊接,低温与无磁等性能,同时提高奥氏体不锈钢的热力学稳定性,使之

不仅比相同铬,钼含量的铁素体,马氏体等类不锈钢肯有更好的不锈性和耐氧化

性介质的性能,而且于表面膜稳定性的提高,从而使钢还具有更加优异的耐一些

还原性介质的性能。

1.镍对组织的影响

镍是强烈稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素,为了获得单一的奥氏体组织,

当钢中含有0.1%碳和18%铬时所需的最低镍含量约为8%,这便是最著名18-8铬

镍奥氏体不锈钢的基本成分,奥氏体不锈钢中,随着镍含量的增加,残余的铁素体

可完全消除,并显著降低σ相形成的倾向;同时马氏体转变温度降低,甚至可不出

现λ→M相变,但是镍含量的增加会降低碳在奥氏体不锈钢中的溶解度,从而使

碳化物析出倾向增强。

2.镍对性能的影响

镍对奥氏体不锈钢特别是对铬镍奥氏体不锈钢力学性能的影响主要是由镍

对奥氏体稳定性的影响来决定,在钢中可能发生马氏体转变的镍含量范围内,随

着镍含量的增加,钢的强度降低，塑性提高,具有稳定奥氏体组织的铬镍奥氏体不

锈钢韧性(包括极低温韧性)非常优良,因而可作为低温钢使用,这是众所周知的,

对于具有稳定奥氏体组织的铬锰奥氏体不锈钢,镍的加入可进一步改善其韧性.

镍还可显著降低奥氏体不锈钢的冷加工硬化倾向,这主要是由于奥氏体稳定性增

大,减少以至消除了冷加工过程中的马氏体转变,同时对奥氏体本身的冷加工硬

化作用不太明显,不锈钢冷加工硬化倾向的影响,镍降低奥氏体不锈钢冷加工硬

化速率,与降低钢的室温及低温强度,提高塑性的作用,决定了镍含量的提高有利

于奥氏体不锈的冷加工成形性能,提高镍含量还可减少以至消除18-8和17-14-2

型铬镍奥氏体不锈钢中的δ铁素体,从而提高其热加工性能,但是,δ铁素体的减

少对这些钢种的可焊接性不利会增大焊接热裂纹丝倾向,此外,镍还可显著提高

铬锰氮(铬锰镍氮)奥氏体不锈钢的热加工性能,从而显著提高钢的成材率。

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各类合金元素对不锈钢性能的影响

在奥氏体不锈钢中,镍的加入以及随着镍含量的提高,导致钢的热力学稳定

性增加,因此奥氏体不锈钢具有更好的不锈性和耐氧化性介质的性能,且随着镍

含量增加,耐还原性介质的性能进一步得到改善.值得指出,镍还是提高奥氏体不

锈耐许多介质穿晶型应力腐蚀的唯一重要元素。

在各种酸介质中镍对奥氏体不锈钢耐蚀性能的影响,需要指出,在高温高压

水中的一些条件下,镍含量的提高导致钢和合金的晶间型应力腐蚀敏感性增加,

但是这种不利作用会由于钢及合金中铬含量的提高而获得减轻或受到抑制.随奥

氏体不锈钢中镍含量的提高,其产生晶间腐蚀的临界碳含量降低,即钢的晶间腐

蚀敏感性增加,至于对奥氏体不锈钢耐点腐蚀及缝隙腐蚀的性能,镍的作用并不

显著,此外,镍还提高奥氏体不锈钢的高温抗氧化性能,这主要与镍改善了铬的氧

化膜的成分,结构和性能降低,并且镍含量越高越有害,这主要是由于钢中晶界处

低熔点硫化镍所致。

无论是HK40还是HP45,基体中都固溶了大量的Ni,形成置换固溶体。Ni

比Fe的原子直径小[3],使得Fe-Ni置换固溶体的间隙变小,从而使溶碳量

降低。由于HP45的含Ni量比HK40的大,这一方面增强了固溶强化效果,另

一方面使Fe-Ni置换固溶体间隙变小,溶碳量降低,使共晶碳化物的数量增

多,析出的二次碳化物也增多,因此，HP45镍元素在不锈钢中的作用的高温持

久强度高于HK40

镍的性质镍是一种银白色的铁磁性金属。密度8.9克/厘米3，熔点1455℃。

古代埃及、中国和巴比伦人都曾用含镍量很高的陨铁作器物。可以说，镍是既“古

老”又“年轻”的金属。镍具有磁性，是许多磁性材料的主要组成成分。镍还具

有良好的抗氧化性，在空气中，镍表面形成NiO薄膜，可阻止进一步氧化。实验

证明：纯度为99%的镍，20年内不会发生锈痕。镍的抗腐蚀能力很强，尤