铬合金作用

铬合金作用

1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。

2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。

3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。

4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低

些。

5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑

性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐

蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

8、钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。

9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，

细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。

钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和

韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。

13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著

提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。

18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这

些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨性。

不锈钢一般是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水等弱介质的钢，而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。不锈钢自本世纪初问世，到

现在已有90多年的历史。不锈钢的发明是世界冶金史上的重大成就，不锈钢的发展为

现代工业的发展和科技进步奠定了重要的物质技术基础。不锈钢钢种很多，性能各异，它在发展过程中逐步形成了几大类。按组织结构分，分为马氏不锈钢（包括沉淀硬化不锈钢）、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和奥氏体加铁素体双相不锈钢等四大类；按钢中的主要化学

成分或钢中的一些特征元素来分类，分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等；按钢的性能特点和用途分类，分为耐硝酸不锈钢、耐不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强不锈钢等；按钢的功能特点分类，分为低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等。目前常用的分类方法是按钢的组织结构特点和钢的化学成分特点以及两者相结合的方法分类。一般分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢等，或分为铬不锈钢和镍不锈钢两大类。

不锈钢一般用于防腐蚀性的,以及医疗器械和生活用品.

铬；能提高钢的淬透性和耐磨*，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用．

钛；能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧*．在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象．

镍；能提高钢的强度和韧*，提高淬透*．含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力．

铬:产生钝化膜,阻碍阳极反应,提高钢的电极电位,提高钢的抗化学腐蚀性能.

镍:扩大γ区,降低钢的Ms点(室温下)使钢在室温下有单奥氏体组织

钛:阻止(Cr,Fe)23C3在晶界上析出,消除钢的”晶间腐蚀)倾向

铬使钢具有良好的高温抗氧化性和耐氧化介质腐蚀的作用；

镍使钢不仅能耐酸，而且能抗碱的腐蚀，对大气及盐都有抗蚀能力；

钛使钢具有抗晶间腐蚀能力。

Cr是强化元素,少量加入Cr就能提高钢的抗H2S,NH3,CO2,H2O,HNO3,高温高压H2及抗大气,海水腐蚀的能力.Cr能防止钢脱碳,在钢表面形成致密的氧化膜,故能提高钢的高温氧化性介质中的耐蚀*,但是Cr不能提高钢的抗碱,氯化物和硝酸盐腐蚀的能力.

Ni可强化铁素体,改善钢的抗低温冲击性能.能提高对酸,碱和海水的耐腐蚀能力,也能增强耐大气腐蚀及抗腐蚀疲劳的能力,但是在耐H2S腐蚀方面,Ni是有害元素.无助于抗高温高压H2的腐蚀.反而易使钢产生腐蚀破裂.

Ti能提高钢抗高温高压H2-N2-NH3腐蚀的能力,与其它元素配合使用能提高钢抗大气,海水及H2S腐蚀的能力;

了解一下各种元素对不锈钢的性能和组织的影响。

1．铬——是构成不锈钢的基本元素。

铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的最基本元素。在氧化性介质中，铬能使钢的表面很快形成一层实际为腐蚀介质不能透过和不溶解的富铬的氧化膜，这层氧化膜很致密，并与金属基本结合得很牢固，保护钢免受外界介质进一步氧化浸蚀；铬还能有效地提高钢的

电极电位。当含铬量不低于12.5%原子时,可使钢的电极电位发生突变,由负电位

升到正的电极电位。因而可显著提高钢的耐蚀性。铬的含量越

高，钢的耐蚀性能越好。当含铬量达到25%、37.5%原子时，会发生第二次第三次的突

变，使钢具有更高的耐腐蚀性能。

2．镍——单独不能构成不锈钢

镍对不锈钢耐腐蚀的影响，只有它与铬配合时才能充分显示出来。因为，低炭镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量需达24%；要使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变，含镍量需在27%以上。所以，镍不能单独构成不锈钢。而在含铬18%的钢中加入9%的镍，就能使钢在常温下获得单一奥氏体组织，并可以提高钢对非氧化性介质（如：稀硫酸、盐酸、磷酸等）的耐蚀*，并能改善钢的焊接和冷弯等的工艺性能。

3．锰和氮——可代替铬镍不锈钢中的镍

锰和氮在不锈钢中有镍相仿的作用。锰的稳定奥氏体作用为镍的二分之一，而氮的作用比镍大很多，约为镍的40倍左右。因而锰和氮可代镍获得单一的奥氏体组织。但锰的

加入会使含铬低的不锈钢耐蚀性降低。同时，高锰奥氏体钢不易加工。因此，在不锈钢中不单独使用锰，只用部分代替镍。

4．碳——在不锈钢中具有两重*

碳在不锈钢中的含量及其分布的形式，在很大程度上左右着不锈钢的性能和组织：一方面碳是稳定奥氏体元素，并作用的程度很大，约为镍的30倍，含碳量高的（马氏

体）不锈钢，完全可以接受淬火强化，从而在机械性能方面可大大提高它的强度；另一方面由于碳和铬的亲和力很大，在不锈钢中要占用十七倍碳量的铬与它结合成碳化铬。随着钢中含碳量的增加，则与碳形成碳化物的铬越多，从而显著降低钢的耐蚀性。所以，从强度与耐腐蚀性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。在实际应用中，

为了达到耐腐蚀的目的，不锈钢的含碳量一般较低，在大多在0.1%左右，为了进一步提高钢的耐腐蚀能力，特别是抗晶间腐蚀的能力，常采用超低碳的不锈钢，含碳量在0.03%甚至更低；但用于制造滚动轴承、弹簧、工具等不锈钢，由于要求有高的硬度和耐磨*，因而含碳量较高，一般均在0.85~1.00%之间。如9Cr18钢等。

5．钛和铌——能防止不锈钢的晶间腐蚀

不锈钢加热到450~800℃时，常常由于在晶界析出铬的碳化物而使晶界附近的含

铬量下降形成贫铬区，导致晶界附近的电极电位下降，从而引起电化学腐蚀。这种腐蚀叫做晶间腐蚀。常见的如在焊缝附近的热影响区内发生的晶间腐蚀。而钛和铌是强碳化物形成元素，它与碳的亲和力比铬大得多，钢中加入钛或铌，就能使钢中的碳首先与钛或铌形成碳化物，而不与铬形成碳化物，从而保证晶界附近不致因贫铬

而产生晶间腐蚀。因此，钛和铌常用来固定钢中的碳，提高不锈钢抗晶间腐蚀的能力，并改善钢的焊接性能。

钛或铌的加入量要根据含碳量而定，一般为：钛的加入量为含碳量的5倍，铌为碳的8倍。

6．钼和铜——能提高某些不锈钢对某些介质的耐腐蚀性能

钼和铜能提高不锈钢对硫酸、醋酸等腐蚀介质的耐蚀能力。钼还能显著提高对含氯离子的介质（如盐酸）以及有机酸中的耐蚀能力。但含钼的不锈钢不宜在硝酸中应用，

含钼的不锈钢在沸腾的65%硝酸中的腐蚀速度比不含钼的增加一倍；铜加入铬锰氮不锈

钢中，会加速不锈钢的晶间腐蚀。

钼对钢获得单一奥氏体组织有不利影响，因此在含钼钢中，为了使钢在热处理后具有单一的奥氏体组织。镍在锰等元素的含量要相应的提高。

7．硅和铝——能提高不锈钢的抗氧化能力

硅对提高铬钢抗氧化能力的作用很显著，含5%铬及1%硅的钢，抗氧化的能力可与12%铬钢相等。如使钢在1000℃能抵抗氧化，含0.5%硅时需要22%的铬，如加入2.5～3%的硅以后，只需要12%的铬就可以了。有资料还介绍，向Cr15Ni20的铬镍钢中加2.5%的硅，抗氧化性能可相当Cr15Ni60的铬镍合金。

向高铬钢中加铝也能使抗氧化性能显著提高，它的作用与加硅的功能相仿。

向高铬钢中加硅和铝的目的：一是为了进一步提高钢的抗氧化性能，二是为了节约用铬。

硅和铝对提高铬钢抗氧化性能的作用虽然很大，但也有很多缺点。最主要的是它使钢的晶粒粗化和脆性倾向增大。

[修改于2011-08-0409:33]