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不銹鋼中的主要化學(xué)元素對不銹鋼無(wú)縫管的影響

不銹鋼中的主要化學(xué)元素對不銹鋼無(wú)縫管的影響


碳的影響:碳在奧氏體不銹鋼中是強烈形成并穩定奧氏體且擴大奧氏體區的元素.碳形成奧氏體的能力約為鎳的30倍,碳是一種間隙元素,通過(guò)固溶強化可顯著(zhù)提高奧氏體不銹鋼的強度.碳還可提高奧氏體不銹鋼在高濃氯化物(如42%MgCl2沸騰溶液)中的耐應力腐蝕的性能,但是,在奧氏體不銹鋼中,碳常常被視為有害元素,這主要是由于在不銹鋼和耐蝕用途中的一些條件下(比如焊接或經(jīng)450~850℃加熱),碳可與鋼中的鉻形成高鉻的Cr23C6型碳化合物從而導致局部鉻的貧化,使鋼的耐蝕性特別是耐晶間腐蝕性能下降.因此,60年代以來(lái)新發(fā)展的鉻鎳奧氏體不銹鋼大都是碳含量小于0.03%或0.02%超低碳型的,可以知道隨著(zhù)碳含量降低,鋼的晶間腐蝕敏感性降低,當碳含量低于0.02%才具有明顯的效果,一些實(shí)驗珠光還指出,碳還會(huì )增大鉻奧氏體不銹鋼的點(diǎn)腐蝕分傾向.由于碳的有害作用,不僅在奧氏體不銹鋼冶煉過(guò)和中應按要求控制盡量低的碳含量,而且在隨后的熱,冷加工和熱處理等過(guò)程中也在防止不銹鋼表面增碳,且免鉻的碳化物析出.

鉻的影響:鉻是奧氏體不銹鋼中主要的合金元素,奧氏體不銹鋼的不銹性和耐蝕性的獲得主要是由于在會(huì )質(zhì)作用下,鉻促進(jìn)了鋼的鈍化并使鋼保持穩定鈍態(tài)的結果.1鉻對組織的影響:在奧氏體不銹鋼中,鉻是強烈形成并穩定鐵體的元素,縮小奧氏體區,隨著(zhù)鋼中含量增加,奧氏體不銹鋼中可出現鐵素體(δ)組織,研究表明,在鉻鎳奧氏體不銹鋼中,當碳含量為0.1%,鉻含量為18%時(shí),為獲得穩定的單一奧氏體組織,所需鎳含量低,約為8%,就這一點(diǎn)而言,常用的18Cr—8Ni型鉻鎳奧氏體不銹鋼是含鉻,鎳量配比為適宜的一種. 有奧氏體不銹鋼中,隨著(zhù)鉻含量的增加,一些金屬間相(比如δ相)的形成傾向增大,當鋼中含有鉬時(shí),鉻含含量會(huì )增加還會(huì )χ相等的形成,如前所述,σ,χ相的析出不僅顯著(zhù)降低鋼的塑性和韌性,而且在一些條件下還降低鋼的耐蝕性,奧氏體不銹鋼中鉻含量的提高可使馬氏體轉烴溫度(Ms)下降,從而提高奧氏體基體的穩定性.因此高鉻(比如超過(guò)20%)奧氏體不銹鋼即使經(jīng)過(guò)冷加工和低溫處理也很難獲得馬氏體組織..
鉻是強碳化物形成元素,在奧氏體不銹鋼中也不例外,奧氏體不銹鋼中常見(jiàn)的鉻碳化物有Cr23C6;當鋼中含有鉬或鉻時(shí),還可見(jiàn)到期Cr6C等碳化物,
它們的形成在某些條件下對鋼的性能會(huì )產(chǎn)生重要影響.○2鉻對性能的影響:一般來(lái)主,只要奧氏體不銹鋼保持完全奧氏體組織而沒(méi)有δ鐵素體等的形成,僅提高鋼中鉻含量不會(huì )對力學(xué)性能有顯著(zhù)影響,鉻對奧氏體不銹鋼性能影響大的是耐蝕性,主要表現為:鉻提高鋼的耐氧化性介質(zhì)和酸性氯化
物介質(zhì)的性能;在鎳以及鉬和銅復合作用下,鉻提高鋼耐一些還原性介質(zhì),有機酸,尿素和堿介質(zhì)的性能;鉻還提高鋼耐局部腐蝕,比如晶間腐蝕點(diǎn)腐蝕,縫隙腐蝕以及某此條件下應力體育館的性能..對奧氏體不銹鋼晶間體育館敏感性影響大的因素是鋼中碳含量,其他元素對晶間體育館的作
用主要視其對碳化物的溶解和沉淀行為的影響而定,在奧氏體不銹鋼中,鉻能增大碳的溶解度而降低鉻的貧化度,因而提高鉻含量對奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕是有益,鉻非常有效地改善奧氏體不銹鋼的耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕性能,當鋼中同時(shí)有鉬或鉬及氮存在時(shí),鉻的這種有效性大加強,雖然根據研究鉬的耐點(diǎn)體育館及縫隙腐蝕的能力為鉻的話(huà)倍左右,氮為鉻的30倍,但是大量研究,奧氏體不銹鋼中如果沒(méi)有鉻或者鉻含量較低,鉬及氮的耐點(diǎn)腐蝕與縫隙腐蝕作用便會(huì )喪失或不夠顯著(zhù).鉻對奧氏體不銹鋼的耐應力腐蝕性能的作用,隨實(shí)驗介質(zhì)條件及實(shí)際使用環(huán)境而異,在MgCl2沸騰溶液中,鉻的作用一般是有害的,但是在含Cl-和氧的水介質(zhì),高溫高壓水以及點(diǎn)腐蝕為起源的應力腐蝕條件下,提高鋼中鉻含量則對耐應力腐蝕有利,同時(shí),鉻還可防止奧氏體不銹鋼及合金中由于鎳含量提高而容易出現的晶間型應力腐蝕的傾向,對開(kāi)苛性(NqOH)應力腐蝕,鉻的作用也是有益的,鉻除對負數氏體不銹鋼耐蝕性有重要影響外,還能顯著(zhù)提高該類(lèi)鋼的抗氧化,抗硫化和抗融鹽腐蝕等性能.
1鎳對組織的影響。

鎳是強烈一百萬(wàn)并穩定奧氏體且擴大奧氏體相區的元素,為了獲得單一的奧氏體組織,當鋼中含有0.1%碳和18%鉻時(shí)所需的低鎳含量約為8%,這便
是有名18-8鉻鎳奧氏體不銹鋼的基本分,奧氏體不銹鋼中,隨著(zhù)鎳含量的增加,殘余的鐵素體可完全消除,并顯著(zhù)降低σ相形成的傾向;同時(shí)馬氏
體轉烴溫度降低,甚至可不出現λ→M相變,但是鎳含量的增加會(huì )降低碳在奧氏體不銹鋼中的溶解度,從而使碳化物析出傾向增強.

2鎳對性能的影響,鎳對奧氏體不銹鋼特別是對鉻鎳負數氏體不銹鋼力學(xué)性能的影響主要是由鎳對奧氏體穩定性的影響來(lái)決定,在鋼中可能發(fā)生馬氏體轉變的鎳含量范圍內,隨著(zhù)鎳含量的增加,鋼的強度降低頁(yè)塑性提高,具有穩定奧氏體組織的鉻鎳奧氏體不銹鋼韌性(包括極低溫韌性)非常優(yōu)良
,因而可作為低溫鋼使用,這是眾所周知的,對于具有穩定奧氏體組織的鉻錳奧氏體不銹鋼,鎳的加入可進(jìn)一步改善其韌性.鎳還可顯著(zhù)降低奧氏體不銹鋼的冷加工硬化傾向,這主要是由于奧氏體穩定性增大,減少以至消除了冷加工過(guò)程中的馬氏體轉變,同時(shí)對奧氏體本身的冷加工硬化作用不太
明顯,不銹鋼冷加工硬化傾向的影響,鎳降低奧氏體不銹鋼冷加工硬化速率,與降低鋼的室溫及低溫強度,提高塑性的作用,決定了鎳含量的提高有利于奧氏體不銹的冷加工成形性能,提高鎳含量還可減少以至消除18-8和17-14-2型鉻鎳9鉗)奧氏體不銹鋼中的δ鐵素體,從而提高其熱加工性能,但是,δ鐵素體的減少對這些鋼種的可焊接性不利會(huì )增大焊接熱裂紋絲傾向,此外,鎳還可顯著(zhù)提高鉻錳氮(鉻錳鎳氮)奧氏體不銹鋼的熱加工性能,從而顯著(zhù)提高鋼的成材率,在奧氏體不銹鋼中,鎳的加入以及隨著(zhù)鎳含量的提高,導致鋼的熱力學(xué)穩定性增加,因此奧氏體不銹鋼具有更好的不銹性和耐氧化性介質(zhì)的性能,且隨著(zhù)鎳含量增加,耐還原性介質(zhì)的性能進(jìn)一步得到改善.值得指出,鎳還是提高奧氏體不銹耐許多介質(zhì)穿晶型應力腐蝕的**重要元素,在各種酸介質(zhì)中鎳對奧氏體不銹鋼耐蝕性能的影響,需要指出,在高溫高壓水中的一些條件下,鎳含量的提高導致鋼和合金的晶間型應力腐蝕敏感性增加,但是這種不利作用會(huì )由于鋼及合金中鉻含量的提高而獲得減輕或受到抑制.隨**奧氏體不銹鋼中鎳含量的提高,其產(chǎn)生晶間腐蝕的臨界碳含量降低,即鋼的晶間腐蝕敏感性增加,至于對奧氏體不銹鋼耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的性能,鎳的作用并不顯著(zhù),此外,鎳還提高奧氏體不銹鋼的高溫抗氧化性能,這主要與鎳改善了鉻的氧化膜的成分,結構和性能降低,并且鎳含量越高越有害,這主要是由于鋼中晶界處一百萬(wàn)低熔點(diǎn)硫化鎳所致,一般來(lái)說(shuō),簡(jiǎn)單的鉻鎳(及鉻錳氮)奧氏體不銹鋼僅用于要求不銹性和耐氧化性介質(zhì)(比如硝酸等)的使用條件下,鉬作為奧氏體不銹鋼中的重要合金元素加入到鋼中使其使用范圍進(jìn)一步擴大,鉬的作用主要是提高鋼在還原性介質(zhì)(比H2SO4,H3PO4,以及一些有機酸和尿素環(huán)境)的耐蝕性,并提高鋼的耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕等性能.

1鉬對組織的影響
鉬和鉻都是形成和穩定鐵素體并擴大鐵素體相區的元素,鉬形成鐵素體的能力與鉻相當.鉬還促進(jìn)奧氏體不銹鋼中金屬間相,比如σ相,,κ相,和L
aves相等的沉淀,對鋼的耐蝕性和力學(xué)性能都會(huì )產(chǎn)生不利影響,告別是導致塑性,韌性下降,為使奧氏體不銹鋼保持單一的奧氏體組織,隨著(zhù)鋼中鉬
含量的增加,奧氏體形成元素(鎳,氮及錳等)的含量也要相應提高,以保持鋼中鐵素體與奧氏體形成元素之間的平衡.

2鉬對性能的影響
鉬對奧氏體不銹鋼的氧化作用不顯著(zhù),因此當鉻鎳奧氏體不銹鋼保持單一的奧氏體組織且無(wú)金屬間析出時(shí),鉬的加入對其室溫力學(xué)性能影響不大,但是,隨著(zhù)鉬含量的增加,鋼的高溫強度提高,比如持久,蠕變等性能均獲較大改善,因此含鉬不銹鋼也常在高溫下應用,然而,鉬的加入使鋼的高溫
變形抗力增大,加之鋼中常常存在少量δ鐵素體因而含鉬不銹鋼的熱衷加工性比不含鉬鋼為差,而且鉬含量越高,熱加工性能越壞,另外,含鉬奧氏體不銹鋼中容易一百萬(wàn)κ(σ)相沉淀,這將顯著(zhù)惡化鋼的塑性和韌性,因此在含鉬奧氏體不銹鋼的生產(chǎn),設備制造和應用過(guò)程中,要注意防止鋼中
金屬間相的形成,雖然鉬作用為合金元素對奧氏體不銹鋼耐還原性介質(zhì),面點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的原因尚不完全清楚,但大量實(shí)驗已指出,鉬的耐蝕作用僅相當鋼中含有較高量的鉻時(shí)才有效,鉬主要是強化鋼中鉻的耐蝕作用,與此同時(shí),鉬形成酸鹽后的緩蝕作用也已為實(shí)驗所證實(shí),在耐高濃氯化物
溶液的應力腐蝕方面,雖然鉬作為合金元素對奧氏體不銹鋼耐還原性介質(zhì),耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的原因尚不完全清楚,但大量實(shí)驗已指出,鉬的作用僅當鋼中含有較高量的鉻時(shí)才有效,鉬主要是強化鋼中鉻的耐蝕作用,與此同時(shí),鉬形成鉬酸鹽后的緩沖作用也已為實(shí)驗所證實(shí),在耐高濃氯化物沉淪的應力腐蝕方面,雖然一此實(shí)驗指同.3#以下的鉬對奧氏體不銹鋼的耐應力腐蝕性能有害,,但是由于常見(jiàn)鉻鎳奧氏體不銹鋼多在含有微量氯化物及飽和氧的水介質(zhì)中使用,其應力腐蝕又以點(diǎn)腐蝕為起源,因此含鉬的鉻鎳鉬奧氏體不銹鋼由于耐點(diǎn)腐蝕性能較高,所以在實(shí)際應用中常常比不含鉬鋼具有更好的耐氯化物應力腐蝕性能。

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