镍、锰、氮、碳在不锈钢中的作用
各类化学元素在钢中起到的作用
各类化学元素在钢中起到的作用各类化学成分在钢板中起到什么作用：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，当碳含量超过0.23%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性能，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，故广泛用于做弹簧钢。
在调制结构钢中加入1.0%~1.2%的硅，强度可提高15%~20%。
硅和钨、钼、铬等相结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化性的作用，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。
（1）、强化铁素体，提高钢的强度和硬度。
（2）、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。
（3）、提高钢的氧化性腐蚀介质中的耐腐性，提高钢的耐热性。
（4）、磁钢中的主要化学元素（含量在0.40%范围内时，改善热裂倾向，含量高时，易形成柱状晶，增加热裂倾向）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%的钢具有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球棒机衬板。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀性，降低焊接性能。
（1）、在含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度，硬度和耐磨性。
（2）、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。
（3）、稍稍改善钢的低温韧性。
（4）、在高含量范围内，作为主要的奥式体化元素。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷淬性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
各种合金元素对钢性能的影响
三、各种合金元素对钢性能的影响目前在合金钢中常用的合金元素有：铬(Cr)，锰(Mn)，镍(Ni)，硅(Si)，硼(B)，钨(W)，钼(Mo)，钒(V)，钛(Ti)和稀土元素(Re)等。
五大元素:硅、锰、碳、磷、硫。
五大杂质元素:氧、氮、磷、硫、氢。
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。
硅可提高强度、高温疲劳强度、耐热性及耐H2S等介质的腐蚀性。
硅含量增高会降低钢的塑性和冲击韧性。
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。
锰可提高钢的强度，增加锰含量对提高低温冲击韧性有好处。
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。
史上最全合金元素在钢中的作用
为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。
常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。
磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。
(1)铬(Cr)铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。
含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。
铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。
铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。
当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。
含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。
铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。
含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。
铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。
在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。
（2）镍（Ni）镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。
一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。
据统计，每增加1%的镍约可提高强度29.4Pa。
随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。
镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。
对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。
反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。
镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。
镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。
不锈钢所含各元素的作用
不锈钢所含各元素的作用目前已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。
对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。
这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。
实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。
1)．各种元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用1-1.铬在不锈钢中的决定作用：决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。
迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。
铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。
这种变化可以从以下方面得到说明：①铬使铁基固溶体的电极电位提高②铬吸收铁的电子使铁钝化钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。
构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。
1-2. 碳在不锈钢中的两重性碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。
碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。
所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。
认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。
不锈钢的主要化学成分
不锈钢的主要化学成分
不锈钢是一种常用于制造各种产品的合金材料，具有抗腐蚀和耐高温等特性。
它主要由铁、铬、镍和其他少量元素组成。
主要成分
•铁（Fe）：是不锈钢的主要基本元素。
•铬（Cr）：提供不锈钢的抗腐蚀能力。
一般不锈钢中的铬含量在10%以上。
•镍（Ni）：增加不锈钢的韧性和冷加工性能，同时提高抗腐蚀性。
•碳（C）：可提供不锈钢的硬度和强度。
•其他元素：还有一些其他元素如钼（Mo）、锰（Mn）和氮（N）等，它们的加入可以进一步改善不锈钢的性能。
应用领域
不锈钢由于其良好的抗腐蚀性和耐高温性能，被广泛应用于以下领域：
1.建筑和结构：如不锈钢管道、不锈钢柱和梁等。
2.食品加工和餐饮行业：如不锈钢厨具、食品储存罐等。
3.化工和石油工业：如不锈钢储罐、管道和阀门等。
4.医疗设备：如不锈钢手术器械和医用设备等。
5.航空航天和汽车工业：如不锈钢零部件、发动机部件等。
以上仅为不锈钢的一些主要化学成分和应用领域的简单介绍，不锈钢的性能和用途还有很多更复杂的方面需要进一步了解。
各种合金元素对不锈钢组织和性能的影响
各种合金元素对不锈钢组织和性能的影响从物理冶金学原理可知，合金的化学成份决定其各种热处理状态和加工处理状态下的金相结构和组织。
以化学成份为基础，加上金相结构和组织决定着该合金材料的性能。
为了比较系统地理解众多不锈钢牌号的异同和各种合金元素对加工性能的影响，下面介绍不锈钢中主要合金元素铬、镍、硅、锰、钼、铜、铝、氮、钛、铌和碳对其金相结构、组织和性能。
一、合金元素的影响1、铬、镍、铝、为形成铁素体的元素，是不锈钢获得耐腐蚀性能的主要合金元素。
在碳钢的基础上加入足够量的铬（w cr≥12%）,既可使钢在氧化性介质中产生一种与基体组织牢固结合的铬铁氧化物（F e Cr）2O3的钝化膜；又能提高钢在电介质中的电极电位，从而使化学稳定性得到提高。
硅和铝同样能使钢在氧化性介质中生成致密的保护膜，其中铝的作用比铬还强烈。
在奥氏体型耐热钢中，这些元素均能提高其抗氧化性。
在18-8型不锈钢中，当硅的质量分数从0.4%提高到2.4%时，钢在980℃时抗氧化性能提高22倍。
如果硅含量过高，会严重恶化稳定奥氏体型钢的焊接性，故必须严格控制硅在钢中的含量。
铝在沉淀硬化型不锈钢中，可以提高其室温和高温的强度。
2、镍为形成奥氏体的元素。
能使合金表面钝化，扩大钢在酸中的钝化范围，但不能改善其对稀硝酸的耐蚀性。
它能提高不锈钢抗硫酸、盐酸等腐蚀介质的性能，是耐蚀钢的主要合金元素，如果单独使用镍作为不锈钢合金元素，其质量分数要高达24%才能得到全奥氏体组织，但这是极为不经济的。
而在低碳铬不锈钢（w cr>17%）的基础上，只需加入质量分数为9%的镍。
即可获得耐蚀性好、综合力学性能也好的室温下稳定的奥氏体组织，既能满足钢的耐蚀性要求，又能提高钢的高温强度和抗氧化性能，成为一种具有良好综合性能的钢种。
3、钼和铜钼是形成铁素体的元素。
在铬不锈钢中加入钼，可以提高钢在非氧化性介质中的稳定。
它的独特之处是能抵抗氯离子（Cl-）产生的点腐蚀；同时也能提高奥氏体型钢的热强性，改善奥氏体钢短时塑性和持久塑性，对焊接有利。
不锈钢中的各元素作用详解
不锈钢中的各元素作用详解不锈钢是一种铁碳合金，其中加入了其他元素来改变其化学成分和组织结构，从而赋予其抗腐蚀、耐热和机械性能等特点。
以下是不锈钢中常见元素的作用详解：1.铁（Fe）：是不锈钢的基本组成元素，起到了增加强度和硬度的作用。
2.碳（C）：增加不锈钢的硬度和强度，但在高温下容易与铬结合成碳化铬，降低不锈性。
3.铬（Cr）：是不锈钢中最主要的合金元素，可以形成致密的氧化铬膜，形成一层耐腐蚀的保护层，提高不锈钢的抗腐蚀能力。
一般含铬量达到10.5%以上才能称为不锈钢。
4.镍（Ni）：能提高不锈钢的耐腐蚀性，增加硬度和强度，改善塑性，降低脆性，并有助于抑制晶界腐蚀。
5.钼（Mo）：提高不锈钢的耐腐蚀性和耐高温性能，尤其是对于耐腐蚀性能较差的酸性环境具有重要作用。
6.钛（Ti）：能抑制碳化铬的形成，减少晶体内的析出物，提高焊接性能和晶界腐蚀抵抗性。
7.锰（Mn）：在不锈钢中的主要作用是增加硬度和强度，改善塑性和可焊性。
8.硅（Si）：有助于提高抗腐蚀能力和降低热膨胀系数，改善耐高温性能。
9.氮（N）：增加不锈钢的强度和硬度，改善抗拉伸性能和耐磨性。
10.铌（Nb）：能强化晶体，并抑制析出物与晶界的形成，提高不锈钢的抗晶间腐蚀性能。
11.磷（P）：加入适量的磷可以提高不锈钢的强度，但过多的磷会导致脆性增加。
12.硫（S）：是不锈钢中的有害元素，会降低可焊性和耐腐蚀性能，因此需要控制其含量。
总的来说，不锈钢中的各元素通过相互作用，形成了致密的氧化膜或其他抗腐蚀层，提高了不锈钢的耐腐蚀性能；同时还能改善硬度、强度、塑性、可焊性和耐高温性能等特点，满足了不同工业领域对于不锈钢材料的需求。
当选择不锈钢材料时，需要根据具体的使用环境和要求来合理选择合金元素的种类和含量，以获得最佳的性能。
镍在不锈钢中作用
镍在不锈钢中作用镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。
在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。
普通碳钢的晶体结构称为铁氧体，呈体心立方（BCC）结构，加入镍，促使晶体结构从体心立方（BCC）结构转变为面心立方（FCC）结构，这种结构被称为奥氏体。
然而，镍并不是唯一具有此种性质的元素。
常见的奥氏体形成元素有：镍、碳、氮、锰、铜。
这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。
目前，人们已经研究出很多公式来表述奥氏体形成元素的相对重要性，最著名的是下面的公式：奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%从这个等式可以看出：碳是一种较强的奥氏体形成元素，其形成奥氏体的能力是镍的30倍，但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中，因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。
氮元素形成奥氏体的能力也是镍的30倍，但是它是气体，想要不造成多孔性的问题，只能在不锈钢中添加数量有限的氮。
添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少和焊接的问题。
从镍等式中可以看出，添加锰对于形成奥氏体并不非常有效，但是添加锰可以使更多的氮溶解到不锈钢中，而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。
在200系列的不锈钢中，正是用足够的锰和氮来代替镍形成100%的奥氏体结构，镍的含量越低，所需要加入的锰和氮数量就越高。
例如在201型不锈钢中，只含有4.5%的镍，同时含有0.25%的氮。
由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于7.5%的镍，所以同样可以形成100%奥氏体结构。
这也是200系列不锈钢的形成原理。
在有些不符合标准的200系列不锈钢中，由于不能加入足够数量的锰和氮，为了形成100%的奥氏体结构，人为的减少了铬的加入量，这必然导致了不锈钢抗腐蚀能力的下降。
在不锈钢中，有两种相反的力量同时作用：铁素体形成元素不断形成铁素体，奥氏体形成元素不断形成奥氏体。
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镍、锰、碳、硅在不锈钢中的作用
镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。
镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24％；而只有含镍27％时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。
所以镍不能单独构成不锈钢。
但是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。
基于上面的情况可知，镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组织发生变化，从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。
铬镍奥氏体钢的优点虽然很多，但近几十年来由于镍基耐热合金与含镍20％以下的热强钢的大量发展与应用，以及化学工业日益发展对不锈钢的需要量越来越大，而镍的矿藏量较少且又集中分布在少数地区，因此在世界范围内出现了镍在供和需方面的矛盾。
所以在不锈钢与许多其他合金领域（如大型铸锻件用钢、工具钢、热强钢等）中，特别是镍的资源比较缺乏的国家，广泛地开展了节镍和以其他元素代镍的科学研究与生产实践，在这方面研究和应用比较多的是以锰和氮来代替不锈钢与耐热钢中的镍。
锰对于奥氏体的作用与镍相似。
但说得确切一些，锰的作用不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。
在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，如钢中的含锰量从0到10．4%变化，也不使钢在空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变。
这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大，形成的氧化膜的防护作用也很低，所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等），但它们不能作为不锈钢使用。
锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一，即2％的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体，并且作用的程度比镍还要大。
例如，欲使含18％铬的钢在常温下获得奥氏体组织，以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，目前已在工业中获得应用，有的已成功地代替了经典的18-8铬镍不锈钢。
碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。
碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。
所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。
认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。
例如工业中应用最广泛的，也是最起码的不锈钢——0Crl3～4Cr13这五个钢号的标准含铬量规定为12～14％，就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才决定的，目的即在于使碳与铬结合成碳化铬以后，固溶体中的含铬量不致低于11.7％这一最低限度的含铬量。
就这五个钢号来说由于含碳量不同，强度与耐腐蚀性能也是有区别的，0Cr13～2Crl3钢的耐腐蚀性较好但强度低于3Crl3和4Cr13钢，多用于制造结构零件，后两个钢号由于含碳较高而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度及耐磨的零件。
又如为了克服18－8铬镍不锈钢的晶间腐蚀，可以将钢的含碳量降至0.03％以下，或者加入比铬和碳亲和力更大的元素（钛或铌），使之不形成碳化铬，再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时，我们可以在增加钢的含碳量的同时适当地提高含铬量，做到既满足硬度与耐磨性的要求，又兼顾—定的耐腐蚀功能，工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢9Cr18和9Cr17MoVCo钢，含碳量虽高达0.85～0.95％，由于它们的含铬量也相应地提高了，所以仍保证了耐腐蚀的要求。
总的来讲，目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，大多数不锈钢的含碳量在0.1～0.4％之间，耐酸钢则以含碳0.1～0.2％的居多。
含碳量大于0.4％的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的。
此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要
求，如易于焊接及冷变形等。
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。