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化学成分的影响
2010/10/10 9:36:33 来源:51网络采购 点击:393次
内容摘要:化学成分的影响
(1)C C是很强的奥氏体形成元素,它将扩大γ相区,这对铁素体不锈钢是不利的。因为,若在高温区得到奥氏体,一则会破坏钢的纯洁性,二则可能焊后会在焊接热循环的快速冷却之下得到马氏体,而使焊接接头脆化。另外,C还降低钢的耐腐蚀性。因此,铁素体不锈钢中C含量应是很低的。
    (2)Cr Cr是铁素体不锈钢中最重要的合金元素,又是强的铁素体形成元素。它能扩大不锈钢中铁素体含量,抵御C等奥氏体形成元素的不利影响,又是使钢具有耐腐蚀性的最重要的合金元素。但它却使铁素体不锈钢韧性降低,脆性提高,因为它也是形成脆性金属间化合物的主要成分,能增加钢的脆性,因此,Cr含量不应太高。
    (3)Mo Mo也是铁素体形成元素,有稳定铁素体的作用。还可以提高铁素体不锈钢的强度,但却使钢的韧性降低。Mo加入铁素体不锈钢,主要是提高其耐腐蚀性,特别是耐点蚀和耐缝隙腐蚀的性能。另外,Mo还能促进Fe-Cr合金的钝化,提高铁素体不锈钢在还原性介质中的耐腐蚀性。因此,Mo是铁素体不锈钢中,也是其他不锈钢中经常使用的合金元素。但是,由于Mo能增加铁素体不锈钢的脆性,因此,含量不高。
    (4)Ni Ni是奥氏体形成元素,它将扩大γ相区,这对铁素体不锈钢是不利的。但是,它能改善铁素体不锈钢的力学性能,特别是能显著提高强度和韧性,并能降低钢的脆性转变温度。因此,Ni在铁素体不锈钢中含量不高,一般在wNi2%~4%。
    (5)N N是作为有害杂质而存在于钢中的,无法完全避免。由于N在铁素体中的溶解度很低,与C相似,它又对钢中的一些合金元素(如Cr、Mo、Ti、Nb、V等)有较强的亲和力,在焊接热循环的冷却过程中,会析出氮化物使铁素体不锈钢韧性降低,脆性提高,提高钢的脆性转变温度,各种耐腐蚀性都随之下降。此外,N又是很强的奥氏体形成元素,它将扩大γ相区,这对铁素体不锈钢也是非常不利的。因此,应限制铁素体不锈钢中的N含量。
    (6)Ti、Nb
    1)Ti、Nb与C、N的共同影响。Ti、Nb也是铁素体不锈钢中经常加入的合金元素,它们的加入,是利用其对C、N有比Cr更强的亲力的特点,使其能形成C、N的化合物,抑制Cr的C、N化合物的形成,以提高钢的耐腐蚀性。同时,Ti、Nb的C、N化合物还有细化铁素体不锈钢晶粒的作用。但是,Ti、Nb的加入,却并不能改善韧性,反而提高钢的脆性转变温度。对钢的基本成分为wC0.01%—wN0.01%一wNb0.45%一wCr15%,然后用不添加Ti的钢与添加wTi0.16%的钢进行比较试验。结果发现,含Nb铁素体不锈钢中添加wTi0.16%时,以50%冲击能为指标脆性转析温度提高了60℃,约为0℃,而不含Ti的钢其50%冲击能的脆性转析温度约为-55℃。焊缝金属中析出物分析结果是,不含Ti钢为Nb(C、N)和Fe3Nb3C,含Ti钢为Nb(N、C)和TiN。从上述结果可知,含Nb铁素体不锈钢中的Ti会生成TiN从而降低韧性。
    由于Ti、Nb的存在,可以优先生成它们的碳化物、氮化物及碳氮化物,而阻止铁素体的晶粒长大。以50%再结晶所需要的时间t0.5来表示合金元素对再结晶的影响,有如下式:
log(1/t0.5) = -32wC+N - 4.7wTi -7.9wNi­ + d   (4-1)
式中d­ ——温度常数。
图4-4和图4-5分别为Ti、Nb对16Cr铁素体不锈钢50%再结晶所需要的时间t0.5及晶粒长大速度的影响。

2)Ti、Nb与B的共同影响。高纯度wC18%铁素体不锈钢中wC+N+O为(40~80)×10-4%,微量合金元素为wNb0.2%,Ti为wTi0.2%,B为wB0.002%。经高真空冶炼,铸造试样再加热温度900~1300℃后,其晶粒尺寸如图4-6所示,可以看到:
①不加Ti、Nb,B质量分数小于1×10-4%的超纯18Cr铁素体不锈钢加热1000℃以上,晶粒极度长大,1300℃其平均直径接近8mm,如图4-6中空心圆点所示。B含量为wB20×10-4%时,有抑制晶粒长大的效果,如图4-6中实心圆点所示。

  ②Nb有明显的细化晶粒的作用。
③Ti和Nb有相似的细化晶粒的作用,在1200~1300℃,Ti的效果优于Nb,但B降低了Ti的作用。
③在900~1100℃,Ti与Nb都没有明显的细化晶粒的作用。
 
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