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鉻元素與鎳元素在不銹鋼材質(zhì)中的作用和地位

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不銹鋼的分類方法有很多:按主要化學(xué)組成可分為鉻不銹鋼(俗稱400系)、鉻鎳不銹鋼、鉻鎳鉬不銹鋼(俗稱300系)、鉻錳氮不銹鋼(俗稱200系)。按鋼的功能特點(diǎn)分類,如低溫不銹鋼、無(wú)磁不銹鋼、易切削不銹鋼,超塑性不銹鋼等。按金相組織分類為:鐵素體(F)型不銹鋼、馬氏體(M)型不銹鋼、奧氏體(A)型不銹鋼、奧氏體-鐵素體(A-F)型雙相不銹鋼、奧氏體-馬氏體(A-M)型雙相不銹鋼和沉淀硬化(PH)型不銹鋼。

每種不銹鋼都必須含有一定數(shù)量的鉻。迄今為止,還沒(méi)有不含鉻的不銹鋼。鉻之所以成為決定不銹鋼性能的主要元素,根本原因是向鋼中添加12%以上的鉻作為合金元素以后,鋼表面自動(dòng)形成一種非常薄的無(wú)色、透明且非常光滑的一層富鉻的氧化物膜(即鈍化膜),這層膜的形成大大緩減了鋼的氧化。 

鎳在不銹鋼中的主要作用在于它改變了鋼的晶體結(jié)構(gòu)。在不銹鋼中增加鎳的一個(gè)主要原因就是形成奧氏體晶體結(jié)構(gòu),從而改善和加強(qiáng)鉻的鈍化機(jī)理,其抗晶間腐蝕能力得到提高,同時(shí)如加工性、可焊接性和韌性等機(jī)械性能提高。即300系不銹鋼。  

然而,鎳并不是唯一的奧氏體形成元素,常見(jiàn)的奧氏體形成元素還有:碳、氮、錳、銅等。最著名的是下面的公式: 

奧氏體形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu% 

所以,在不銹鋼中通過(guò)增加一定量錳、氮元素,也可以形成奧氏體不銹鋼,即200系不銹鋼。雖然碳是一種較強(qiáng)的奧氏體形成元素,但是它不能被添加到耐腐蝕的不銹鋼中,因?yàn)樵诤附雍笏鼤?huì)造成敏化腐蝕和隨后的晶間腐蝕問(wèn)題。氮元素形成奧氏體的能力也是鎳的30倍,但由于溶解度問(wèn)題,只能在不銹鋼中添加數(shù)量有限的氮。添加錳和銅會(huì)造成鋼材使用過(guò)程中的焊接問(wèn)題。不銹鋼具有優(yōu)異的耐蝕性、成型性以及在很寬溫度范圍內(nèi)的強(qiáng)韌性等系列特點(diǎn),所以在建筑裝飾行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用,但在不同使用環(huán)境選擇不同的不銹鋼品種十分重要。

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