劉躍娣

（哈爾濱空調(diào)股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

不銹鋼是合金鋼的典型代表，其在大氣、酸堿等腐蝕性介質(zhì)中呈現(xiàn)出鈍態(tài)、耐腐蝕性強(qiáng)，不易生銹的特征，受到生產(chǎn)行業(yè)的認(rèn)可。下面就來(lái)分析化學(xué)元素對(duì)不銹鋼的影響。

1 不銹鋼生產(chǎn)中常用元素及其影響

鉻(Cr)，錳(Mn)，鎳(Ni)，硅(Si)，硼(B)，鎢(W)，鉬(Mo)，釩(V)，鈦(Ti)和稀土元素(Re)等都是不銹鋼的主要生產(chǎn)元素，在不銹鋼的生產(chǎn)中具有不同的作用。

鉻可以提高金屬的抗腐蝕性能，改善抗氧化性，同時(shí)可以增加鋼的熱強(qiáng)性，提高鋼的淬透性，使鋼的強(qiáng)度、硬度與耐磨性得到改善。錳可以增加鋼的強(qiáng)度，也是良好的脫氧劑與脫硫劑，但是其含量過(guò)高的話會(huì)降低鋼的抗腐蝕性。鎳能提高淬透性，保證了鋼的塑形及韌性。除了這幾種主要的材料之外，還包括許多其他的元素，例如碳，是鋼的主要元素，其可以增加屈服點(diǎn)及抗拉強(qiáng)度，但是會(huì)使塑形與沖擊性降低，如果碳的含量超過(guò)0.23%的話，鋼的焊接性能會(huì)被破壞，所以合金鋼中的碳含量一般不會(huì)超過(guò)0.2%。硅是煉鋼中主要的還原劑和脫氧劑，硅可以提高鋼的彈性，因此其是彈簧鋼的主要材料。磷是鋼中的有害因素，其會(huì)降低焊接性與塑形，但是同時(shí)也是合成鋼必不可少的元素，但是含量要控制在0.045%之內(nèi)，優(yōu)質(zhì)鋼要更低。與磷相同，硫也屬于有害元素，使鋼產(chǎn)生脆性，降低其韌性與延展性，在生產(chǎn)中可能會(huì)產(chǎn)生裂紋，因此在生產(chǎn)中要在0.055%之內(nèi)，優(yōu)質(zhì)鋼要更小，硫可以改善切削加工型。鉬可以細(xì)化鋼的晶粒，提高淬透性與熱強(qiáng)性，在高溫環(huán)境中保證足夠的強(qiáng)度與抗蠕變能力，提高結(jié)構(gòu)鋼的機(jī)械性，抑制合金鋼由于火引起的脆性。鈦是鋼的強(qiáng)脫氧劑，使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力，降低冷脆性，改善焊接性。釩是鋼的優(yōu)質(zhì)脫氧劑，改善其強(qiáng)度與韌性，釩與碳形成碳化物，提高在高溫高壓環(huán)境中的抗氫腐蝕能力。鎢的熔點(diǎn)較高，屬于價(jià)格昂貴的合金元素，與碳形成的碳化鎢具有較高的硬度與耐磨性，在工具鋼中加入鎢，可以很高的改善紅硬性與熱強(qiáng)度，作切削工具及鍛模具用。鈮可以降低鋼的過(guò)熱敏感性及火脆性，改善強(qiáng)度，但是塑形與韌性會(huì)降低，在普通的合金鋼中加入鈮，可以提高抗腐蝕性能，改善焊接性。銅可以提高強(qiáng)度與韌性，尤其是可以很好的抵抗大氣腐蝕，但是其在熱加工中非常容易出現(xiàn)熱脆，但銅含量小于0.50%對(duì)焊接性無(wú)影響。鋁的應(yīng)用頻率也較高，屬于常用脫氧劑，提高鋼的沖擊韌性，同時(shí)鋁還具有抗氧化性與抗腐蝕性，與鉻、硅同用，可以改善高溫下的耐腐蝕能力，但是會(huì)對(duì)鋼的熱加工性能產(chǎn)生銀錠影響，因此要控制好加入量。氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性，增加時(shí)效敏感性。除了這些常見(jiàn)元素，在合金鋼中還會(huì)加入鈷、硼等稀有金屬，主要被應(yīng)用于特殊鋼的合成中。還有一些合成鋼種會(huì)加入稀土元素，改善鋼的形態(tài)、分布等進(jìn)而達(dá)到改善鋼的性能目的，提高耐磨性。

2 合金元素對(duì)鋼力學(xué)性能的影響

2.1 可溶鐵，起到固溶強(qiáng)化作用。在當(dāng)前的技術(shù)手段下，所有的合金元素在一定程度上幾乎都可以溶于鐵素體、奧氏體中形成固溶體，使鋼的強(qiáng)度與硬度增加，但是塑形與韌性降低，使鋼具有強(qiáng)韌性的良好配合。

2.2 形成碳化物，具有強(qiáng)化與硬化的作用。不同的元素與碳的作用不同，目前常用的合金元素分為非碳化物與碳化物形成元素兩類。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，在鋼中可以與碳結(jié)合形成碳化物，如：TiC、VC、WC 等，這些碳化物的硬度、熔點(diǎn)高，更加穩(wěn)定，如果它們顆粒細(xì)小并在鋼中均勻分布時(shí)，則顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。

2.3 結(jié)構(gòu)鋼種珠光體增加，具有強(qiáng)化功能。在鋼中加入合金元素，使Fe-Fe3C相圖中的共析點(diǎn)左移，所以與碳含量相同的碳鋼相比，亞共析成分的結(jié)構(gòu)鋼含碳量更接近于共析成分，組織中珠光體的數(shù)量，增加了合金鋼的強(qiáng)度。

3 合金元素對(duì)鋼工藝性能的影響

3.1 合金元素對(duì)熱處理的影響

首先，對(duì)奧氏體化的影響。在加熱過(guò)程中，在進(jìn)行合金鋼的處理過(guò)程中，合金元素可以適當(dāng)?shù)脑黾訙囟扰c延長(zhǎng)保溫時(shí)間。合金鋼種的合金滲碳體，合金碳化物穩(wěn)定性高，于奧氏體不易融合。即使融入，擴(kuò)散也相當(dāng)?shù)木徛?，所以合金鋼的奧氏體花速度要慢于碳鋼，為加速奧氏體化，要求將合金鋼（錳鋼除外）加熱到較高的溫度和保溫較長(zhǎng)的時(shí)間。除了Mn外，所有的合金元素都具有阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的效果，尤其是Ti、V等強(qiáng)碳化物形成的合金碳化物穩(wěn)定性高，殘存在奧氏體晶界上，顯著地阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。因此奧氏體化的晶粒一般比碳鋼細(xì)。

其次，影響奧氏體轉(zhuǎn)變。合金鋼的淬透性更佳，降低淬火冷速，減小淬火變形，但是殘余奧氏體增多。除Co外，所有溶于奧氏體中的合金元素，都會(huì)增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，馬氏體臨界冷卻速度減小，淬透性提高。這使合金鋼運(yùn)用較小的冷卻速度就可以淬成馬氏體組織，減小淬火變形。所以在制作大尺寸、形狀復(fù)雜或者精度較高的零件多采用合金鋼來(lái)制作。除Co、Al外，大多數(shù)合金元素都使M點(diǎn)降低，使合金鋼淬火后的殘余奧氏體量比碳鋼多，這將對(duì)零件的淬火質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生不利影響。

最后，影響回火轉(zhuǎn)變合金鋼具有較好的耐火性，回火后強(qiáng)韌性配合較好，一些鋼可以產(chǎn)生“二次硬化”。在進(jìn)行回火的時(shí)候馬氏體不容易被分解，抗軟化能力較好，增加了鋼的耐回火性，回火后有較好的強(qiáng)韌性配合。合金嚴(yán)肅可以提高馬氏體分解溫度，對(duì)于含有較多Cr、Mo、W、V等強(qiáng)碳化物形成元素的鋼，當(dāng)加熱到500～600℃回火時(shí)，直接由馬氏體中析出合金碳化物，這些碳化物顆粒細(xì)小，分布彌散，使鋼的硬度不僅不降低，反而升高這種現(xiàn)象稱為“二次硬化”。但是有部分合金鋼要避免“回火脆性”的出現(xiàn)。

3.2 影響焊接的性能。在焊接淬透性較好的合金鋼過(guò)程中，在接頭的位置常常會(huì)出現(xiàn)淬硬組織，使該處的脆性加大，導(dǎo)致焊接裂紋的出現(xiàn)；焊接時(shí)合金元素容易被形成的氧化物夾雜，使焊接的質(zhì)量下降。例如在不銹鋼焊接的過(guò)程中，非常容易夾雜Cr2O3，會(huì)影響焊縫的質(zhì)量，同時(shí)鉻的損失，不銹鋼的耐腐蝕性也會(huì)降低，因此高合金鋼最好采用保護(hù)作用好的氬弧焊。

3.3 影響鍛造性能。在合金元素溶入奧氏體后，變形抗力增加，塑形變形的難度增加，合金鋼鍛造需要施加更大壓力的噸位。同時(shí)，合金元素使鋼的導(dǎo)熱性降低，脆性增加，加大了合金鋼鍛造時(shí)遇鍛后冷卻中出現(xiàn)的變形、開裂傾向，所以在合金鋼鍛后要控制鍛溫度與冷卻速度。

結(jié)語(yǔ)

從上文的分析中我們看到，作為現(xiàn)代生產(chǎn)的主要原料，不銹鋼是不可替代的，在合成不銹鋼的過(guò)程中，化學(xué)元素重要性無(wú)可取代，作為生產(chǎn)部門，要善于利用不同的化學(xué)元素作用，提高合金鋼的質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)不銹鋼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

[1]呂麗平，劉偉，韓軍雷，王潤(rùn)嬌，趙會(huì)美.化學(xué)成分對(duì)亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼車體板材均勻變形及加工硬化行為的影響[J].鐵道學(xué)報(bào).2009(06).

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[3]劉偉，何俊，周立濤，李國(guó)平，陸培德.冷軋奧氏體不銹鋼的應(yīng)變硬化行為及其焊接性能[J].鐵道學(xué)報(bào).2007(05).