不銹鋼的性能與組織及各元素的作用
不銹鋼的性能與組織
目前已知的化學(xué)元素有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。對于人們在與腐蝕現(xiàn)象作長期斗爭的實踐而形成的不銹鋼這一特殊鋼系列來說，常用的元素有十幾種，除了組成鋼的基本元素鐵以外，對不銹鋼的性能與組織影響 的元素是：碳、鉻、鎳、錳、硅、鉬、鈦、鈮、鈦、錳、氮、銅、鈷等。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。
實際上工業(yè)上應(yīng)用的不銹鋼都是同時存在幾種以至十幾種元素的，當(dāng)幾種元素共存于不銹鋼這一個統(tǒng)一體中時，它們的影響要比單獨存在時復(fù)雜得多，因為在這種情況下不僅要考慮各元素自身的作用，而且要注意它們互相之間的影響，因此不銹鋼的組織決定于各種元素影響的總和。
高純Cr26Mo1鋼適宜的熱加工溫度為870-1150℃。正常的熱處理制度為：在870-920℃加熱后急冷。
高純Cr26Mo1鋼可采用鎢極氬弧焊和金屬極氬弧焊焊接。當(dāng)需要填絲時，可采用同材也可采用異材（例如，含鉬的Cr-Ni奧氏體鋼）焊絲。 當(dāng)需采用焊條時，可選用含鉬的超低碳不銹鋼焊條。焊前、焊后均需仔細清洗焊件，防止雜質(zhì)污染。焊接過程中。防止碳、氮、氧、氫等進入焊縫中。焊接熱輸入要低。焊前、焊后熱處理是不允許的。高純Cr26Mo1鋼薄板鎢極氬弧焊后，其焊縫、熔合線和熱影響區(qū)的脆性轉(zhuǎn)變溫度在-60～0℃附近波動。這與截面尺寸、缺口精度和質(zhì)量、焊接工藝操作有關(guān)。
（5）物理性能: Cr26Mo1鋼的物理性能為：
密度ρ：7660kg/m3;
線膨脹系數(shù)α：100-300℃時，8.34×10-6K-1;
熱導(dǎo)率λ：300℃時，18.4W/(m.K)
比熱容c:300℃時，460J/(kg.K)
彈性模量E：20-300℃時，201800MPa。
χ相和Laves相
χ相主要出現(xiàn)在含鉬的不銹鋼中，是具有體心立方結(jié)構(gòu)的金屬間化合物，每個晶胞內(nèi)含有58個原子，代表的化學(xué)成分是Fe36Cr12Mo10。但是由于金屬原子的相互置換，其化學(xué)組成可在一定的范圍內(nèi)變動。在奧氏體不銹鋼中，該相的實際成分多為（FeNi）36Cr18Mo4。χ相主要在晶界，非共格孿晶界和晶內(nèi)的位錯處開始生成。晶內(nèi)生成的χ相與奧氏體基體保持一定的位向關(guān)系。
Laves相（η相）是B2A型固定原子構(gòu)成的金屬間化合物。在含鉬或鈮的奧氏體不銹鋼中形成的Laves相成分分別為Fe2Mo和Fe2Nb。該相具有六方結(jié)構(gòu)，每個晶胞中含有12個原子。與碳化物，б相和χ相等相比，Laves相在鋼中生成較慢，生成量也較少，且主要是晶內(nèi)沉淀，與奧氏體基體也保持一定的位向關(guān)系。為形成該相，對B，A原子的相對大小有嚴格的要求：兩者原子半徑的比值不得大于1.225。
影響χ相和Laves相沉淀的因素是相似的。鋼中合金元素有重要影響。鉬、硅和鈦會加速χ相和Laves相的形成，特別是鉬的作用更為明顯；鎳、碳和氮含量的提高對這兩種相的沉淀均有抑制作用。冷加工對這兩種中間相的沉淀速度和沉淀量有不太強的促進效果。
奧氏體不銹鋼中χ相和Laves相的沉淀，也像б相一樣，導(dǎo)致耐蝕性下降及塑性、韌性的降低。但是由于這些相的沉淀溫度與碳化物及б相的沉淀溫度大體上相重合，因而在實際時效過程中，單獨出現(xiàn)χ相或Laves相的情況是極少見的，這些相總是與碳化物、б相等相伴隨而出現(xiàn)，且往往是次要相和后生相。所以，這些相的形成對不銹鋼耐蝕性和力學(xué)性能的影響常常被作為主要相的碳化物或б相的作用所掩蓋。
不銹鋼有一個基本元素，即它們都含鉻。在含量大約為12%時，該元素通過自發(fā)形成一種穩(wěn)定的、透明的鈍化膜來延緩腐蝕。較高的合金含量可通過強化薄膜和快速自我修復(fù)薄膜來提高抗腐蝕性。商業(yè)品牌的不銹鋼鉻含量上限約為30%。
圖4-4所示為某一含碳量下的鉻一鐵雙合金相圖。所謂的γ環(huán)區(qū)（奧氏體）是在鉻含量約為11-13%情況下產(chǎn)生的。如果其它奧氏體形成元素增加的話，鉻含量可擴大至約16-18% 。特別應(yīng)該注意的是碳、氮和鎳的影響，它們可擴大穩(wěn)定奧氏體的范圍。圖4-5表明了碳和氮元素的加入對邊界移動的影響。
如果不銹鋼在加熱和冷卻過程中通過γ相區(qū)。它經(jīng)過鐵素體——奧氏體——馬氏體轉(zhuǎn)變，而稱為馬氏體不銹鋼，一般這樣的不銹鋼是磁性的類似鐵并且可以通過熱處理使其硬化。
另一方面，含鉻17%的合金（很少甚至沒有奧氏體形成元素）位于γ環(huán)的外邊，保留了鐵素體結(jié)構(gòu)，但通過熱處理不能使其硬化。也有磁性（由于鐵素體結(jié)構(gòu)）稱之為鐵素體不銹鋼，鐵素體不銹鋼在所有溫度下為一同相。