【碳(C)在不銹鋼中的作用】

碳在奧氏體和鐵素體不銹鋼中以間隙元素存在于固溶體中，是奧氏體不銹鋼中最有效地固溶強(qiáng)化元素;在高碳馬氏體不銹鋼中，會有共晶碳化物和其他碳化物生成，對硬度及耐磨性非常有利，適合于生產(chǎn)各類刀具。

經(jīng)固溶處理的奧氏體不銹鋼中，碳以固溶體存在，當(dāng)C>0.03%時，若將鋼置于538~815℃的溫度范圍內(nèi)，碳可能以碳化物形式在晶界析出，同時形成貧鉻(Cr)區(qū)(焊接時最易產(chǎn)生的現(xiàn)象)，這種現(xiàn)象成為敏化析出(Susceptibility)，使不銹鋼增加了晶界腐蝕的敏感性;鐵素體不銹鋼亦會產(chǎn)生鉻的碳化物而引起晶界腐蝕現(xiàn)象。

目前的技術(shù)手段，只有在奧氏體不銹鋼中把碳元素含量將至0.03%以下，或通過加入鈦(Ti)或Nb(鈮)元素以形成穩(wěn)定的碳化物，來避免敏化及防止出現(xiàn)貧鉻(Cr)區(qū)(Poor - Cr Zone)及避免焊接時產(chǎn)生的刀狀腐蝕。

名詞解釋(Terms’Definition)

1.間隙元素(interstitial element)：是指在金屬中熔質(zhì)原子(碳，氧，氮等原子)填入溶劑金屬點陣中的間隙位置，所形成的一種固溶體的一種補(bǔ)充元素，起到穩(wěn)定其金屬原子晶格形式的作用。

2.固溶體(solid solution)：是金屬物在一定結(jié)晶構(gòu)造位置上離子的互相置換，而不改變整個晶體的結(jié)構(gòu)及對稱性;固溶體分為三種：替代式固溶體、填隙式固溶體和缺位式固溶。

3.敏化析出(sensitization)：不銹鋼鋼中的碳(通常含0.03%)與鉻結(jié)合，在熱處理過程中或在焊接過程中在晶界析出;形成的碳化物使晶界出現(xiàn)貧鉻，發(fā)生局部的晶界腐蝕，降低了材料的耐應(yīng)力腐蝕性。

4.貧鉻區(qū)(Poor - Cr Zone)：是指不銹鋼中的碳元素與晶界處的鉻結(jié)合，使晶界處的鉻含量降低并析出; .造成不銹鋼表面或內(nèi)部局部鉻含量低于平均含量的區(qū)域。貧鉻區(qū)的出現(xiàn)，通常是碳化鉻析出的結(jié)果。

5.刀狀腐蝕(Knife Line Attack)：簡稱刀蝕。在含有穩(wěn)定元素的奧氏體不銹鋼中(如1Cr18Ni9Ti，Cr18Ni12Mo3Ti等)，焊接熱影響區(qū)的過熱區(qū)在腐蝕介質(zhì)作用下，發(fā)生沿熔合線走向的深溝狀似刀痕的腐蝕，稱為刀狀腐蝕。

【鉻(Cr)在不銹鋼中的作用】

鉻是不銹鋼中不可缺少的元素，不銹鋼的耐蝕性和抗氧化性都由隨著的Cr含量的增加而增加;因為Cr在不銹鋼表面形成一層薄的氧化膜，阻礙或防止不銹鋼的進(jìn)一步氧化和腐蝕，在氧化環(huán)境中這層膜得到了強(qiáng)化。

在Fe-Cr系中，在所有溫度下當(dāng)Cr含量超過12%，均體現(xiàn)為鐵素體;但高溫情況下可能產(chǎn)生一下奧氏體組織，其原因是因為含有一定量的C和N元素的緣故。

名詞解釋

1.間隙相：當(dāng)非金屬原子半徑與金屬原子半徑比值小于0.59時，形成具有簡單晶格的間隙化合物，稱為間隙相;當(dāng)比值大于0.59時，形成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。

2.中間相：兩組元A和B組成合金時，除了可形成以A為基體或以B為基體的固溶體外(端際固溶體)外，還可能形成晶體結(jié)構(gòu)與A,B兩組元均不相同的新相。

3.空淬效應(yīng)：鋼在一定條件下淬火時獲得淬硬層(馬氏體層)深度。它是衡量各個不同鋼種接受淬火能力的重要指標(biāo)之一;淬透性主要取決于其臨界冷卻速度的大小，而臨界冷卻速度則主要取決于過冷奧氏體的穩(wěn)定性。

【鎳(Ni)在不銹鋼中的作用】

最近鎳價一直上漲，影響了不銹鋼價格的波動。但鎳對于不銹鋼有什么影響?

鎳是不銹鋼中僅次于鉻的重要合金元素。為了耐還原性酸和堿介質(zhì)的腐蝕，鋼中僅含鉻是不夠的，鉻必須加入鎳。鎳促進(jìn)不銹鋼鈍化膜的穩(wěn)定性，提高不銹鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性。因此，不銹鋼中鉻和鎳共存，可顯著強(qiáng)化不銹鋼的不銹性和耐蝕性。鎳對不銹鋼的高溫抗氧性有益，但對高溫抗硫化性有害。因為鎳與硫作用易形成低熔點硫化物。而低熔點硫化物的形成會顯著降低鋼的熱加工性。

鎳與鉻組合能顯著提高奧氏體不銹鋼在苛性介質(zhì)(例如NaOH)中的耐蝕性，鎳還提高18-8不銹鋼耐氯化物應(yīng)力腐蝕的性能。雖然在耐點蝕、耐縫隙腐蝕的PRE值(Cr+3.3Mo+16N，此值越大，耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能越強(qiáng))中并沒有鎳的作用在內(nèi)，但在低鉻、鉬的通用鉻鎳奧氏體不銹鋼中，鎳的作用還是有益的。

鎳是奧氏體形成的穩(wěn)定元素，若含Ni量約為8%時，F(xiàn)e-Ni系中在室溫下為奧氏體組織，具有很好的可成型性，更好地焊接性，優(yōu)異的韌性。Ni對高溫性能，特別是強(qiáng)度，冶金穩(wěn)定性和保護(hù)性氧化膜的穩(wěn)定性都有明顯地提高。

在鐵素體不銹鋼中，加入Ni可提高韌性及彎曲性能，焊接性能及耐蝕性。在沉淀硬化不銹鋼中，Ni是重要元素。在雙相鋼中，通過調(diào)整Cr和Ni的含量的變化，可改變鐵素體的百分比，Ni還可以改善雙相鋼抗全面腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕性能。

Ni在奧氏體不銹鋼中會降低其熔點，平均增加1%的鎳含量，就可降低其4.4℃。隨著Ni的增加而是δ相減少;但是熱加工性，低溫塑性和韌性可得到改善，其成型性能(深沖性能增加，加工硬化性能降低，還可增加在硫酸中的鈍化(passivation)作用。

鎳能顯著改善不銹鋼的塑、韌性，可使具有脆性轉(zhuǎn)變溫度的一些不銹鋼的脆性溫度下移。鎳可提高一些不銹鋼的冷成型性和焊接性，降低奧氏體不銹鋼的冷加工硬化傾向。鎳可提高一些不銹鋼的冷成型性和焊接性，降低奧氏體不銹鋼的冷加工硬化傾向。此外，Ni的另一方面的作用是表現(xiàn)了在其不銹鋼及鎳合金指數(shù)上不可替代的“王道”;一種足以讓不銹鋼和鎳金屬從業(yè)者們“HIGH”到極致的“搖頭丸”;一種其金融屬性已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其實際價值的“產(chǎn)業(yè)利益鏈”。

【錳(Mn)在不銹鋼中的作用】

錳元素可形成無限固溶體，有著強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體不銹鋼結(jié)構(gòu)的作用;并且對于鐵素體和奧氏體不銹鋼均有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，提高了不銹鋼的硬度和強(qiáng)度。

Mn是不銹鋼生產(chǎn)的重要合金元素，在CrNi系不銹鋼生產(chǎn)中作為脫氧元素，一般加入1.5%Mn，在Cr-Mn-Ni-N ,Cr-Mn-N系不銹鋼中作為重要的合金化元素，一般加入6—20%。和Cr-Ni奧氏體不銹鋼相比，Cr-Mn-Ni-N奧氏體不銹鋼最大的區(qū)別是大量地加入了合金元素Mn、N，從而帶來了一系列的性能變化。

在奧氏體中，錳一般以合金形式存在，且含量小于2%;此含量對于不銹鋼組織不會造成明顯的影響。但是錳元素，在不銹鋼生產(chǎn)過程中被視為脫氧作用的殘留元素看待。錳元素在120℃以上溫度，會隨著溫度的升高而產(chǎn)生一定的揮發(fā)現(xiàn)象。

1、Mn在不銹鋼中的有益作用

(1)N在不銹鋼中的溶解度公式：N=0.021(Cr+0.9Mn)-0.204wt%。因此，為了提高N的溶解度，Mn元素被大量加入。在節(jié)鎳奧氏體不銹鋼中，Mn是非常重要的合金元素，其主要作用是使氨在鋼中的溶解度提高且提高鋼的強(qiáng)韌性，是節(jié)鎳奧氏體必不可少的元素。

(2)Mn是比較弱的奧氏體形成元素，但具有強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體的作用。Cr-Ni奧氏體不銹鋼中，隨著Mn含量增加強(qiáng)度提高。在無Ni的Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼中低溫下會出現(xiàn)韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。

(3)Mn在不銹鋼中的另一有益作用是形成MnS抑制鋼中硫的有害作用，提高了鋼的熱敏性，在焊接材料中加入2%以上的錳，可提高奧氏體不銹鋼焊縫的抗熱裂紋敏感性。

2、Mn的不利影響

(1)Mn對不銹鋼的不銹鋼耐蝕性的影響，基本上都是負(fù)面的。隨著錳量的增加，鋼的耐點蝕性、耐縫隙腐蝕性能下降。這與錳和硫形成MnS，或隨鋼中錳量增加，MnS中的鉻量降低所引起的MnS夾雜在腐蝕介質(zhì)中的溶解，常常成為點蝕、縫隙腐蝕源。實驗證明，當(dāng)將18-8不銹鋼中的錳量降到約0.1%，此鋼的耐點蝕能力將達(dá)到含2%Mo的316的水平。

(2) Mn在不銹鋼中還促進(jìn)σ相等脆性相的析出，降低鋼的塑、韌性，為錳的高鉻、鉬不銹鋼中的應(yīng)用帶來不利影響。

以Mn, N代Ni的節(jié)鎳和無鎳奧氏體不銹鋼，其耐蝕性主要取決于鋼的Cr、Ni、Mo、N等元素的含量，而Mn的作用甚微。目前研制成熟的鋼種主要有200系列以及Arlnco公司的Nitronic系列。還有一些鋼種也在廣泛研究中。

【磷(P)在不銹鋼中的作用】

磷(P)在不銹鋼中的存在不與碳元素形成碳化物，但是易造成不銹鋼中的嚴(yán)重偏析現(xiàn)象，一般來說，磷在不銹鋼冶煉和后續(xù)加工過程中都被認(rèn)為有害元素，尤其在焊接時，會產(chǎn)生熱裂焊縫現(xiàn)象

在奧氏體不銹鋼中，磷被允許存在的含量約為0.03%~0.035%;此外，若不銹鋼中因焊接而在焊縫處所產(chǎn)生的鐵素體中，其磷元素被允許的最大含量約為0.03%。

磷元素對提高不銹鋼的強(qiáng)度及冷作硬化作用強(qiáng)，但卻會增加不銹鋼的脆性(尤其是低溫脆性)。

若磷與銅元素配合，可大大提高低合金鋼的耐大氣腐蝕的能力。

名詞解釋：

1.偏析現(xiàn)象：合金中各組成元素在結(jié)晶時分布不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。

2.低溫脆性：材料的沖擊吸收功隨溫度降低而降低，當(dāng)試驗溫度低于Tk(韌脆臨界轉(zhuǎn)變溫度)時，沖擊吸收功明顯下降，材料由韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，這種現(xiàn)象稱為低溫脆性。金屬的低溫脆性是由于金屬的屈服強(qiáng)度隨溫度降低而升高造成的。