1、鎳與不銹鋼基礎知識鎳在不銹鋼中的作用鎳在不銹鋼中的主要作用在于它改變了鋼的晶體結構。 在不銹鋼中增加鎳的一個主要原因就是形成奧氏體晶體結構， 從而改善諸如可塑性、 可焊接性和韌性等不銹鋼的屬性， 所以鎳被稱為奧氏體形成元素。普通碳鋼的晶體結構稱為鐵素體，呈體心立方 (bcc) 結構，加入鎳，促使晶體結構從體心立方 (bcc) 結構轉變為面心立方 (fcc) 結構，這種結構被稱為奧氏體。 然而， 鎳并不是唯一具有此種性質的元素。 常見的奧氏體形成元素有： 鎳、 碳、 氮、 錳、銅。 這些元素在形成奧氏體方面的相對重要性對于預測不銹鋼的晶體結構具有重要意義。 目前，人們已經研究出很多公式來表述奧氏

2、體形成元素的相對重要性，最著名的是下面的公式： 奧氏體形成能力 =ni%+30c%+30n%+0.5mn%+0.25cu% 從這個等式可以看出：碳是一種較強的奧氏體形成元素，其形成奧氏體的能力是鎳的 30 倍，但是它不能被添加到耐腐蝕的不銹鋼中， 因為在焊接后它會造成敏化腐蝕和隨后的晶間腐蝕問題。 氮元素形成奧氏體的能力也是鎳的 30 倍，但是它是氣體，想要不造成多孔性的問題，只能在不銹鋼中添加數量有限的氮。添加錳和銅會造成煉鋼過程中耐火生命減少和焊接的問題。從鎳等式中可以看出，添加錳對于形成奧氏體并不非常有效，但是添加錳可以使更多的氮溶解到不銹鋼中， 而氮正是一種非常強的奧氏體形成元素。 在

3、 200 系列的不銹鋼中， 正是用足夠的錳和氮來代替鎳形成100%的奧氏體結構，鎳的含量越低，所需要加入的錳和氮數量就越高。例如在201 型不銹鋼中，只含有4.5%的鎳，同時含有0.25% 的氮。由鎳等式可知這些氮在形成奧氏體的能力上相當于7.5%的鎳， 所以同樣可以形成100%奧氏體結構。 這也是 200 系列不銹鋼的形成原理。 在有些不符合標準的 200 系列不銹鋼中， 由于不能加入足夠數量的錳和氮，為了形成100% 的奧氏體結構，人為的減少了鉻的加入量，這必然導致了不銹鋼抗腐蝕能力的下降。在不銹鋼中，有兩種相反的力量同時作用：鐵素體形成元素不斷形成鐵素體，奧氏體形成元素不斷形成奧氏體。

4、最終的晶體結構取決于兩類添加元素的相對數量。 鉻是一種鐵素體形成元素， 所以鉻在不銹鋼晶體結構的形成上和奧氏體形成元素之間是一種競爭關系。 因為鐵和鉻都是鐵素體形成元素， 所以 400 系列不銹鋼是完全鐵素體不銹鋼， 具有磁性。 在把奧氏體形成元素-鎳加入到鐵-鉻不銹鋼的過程中，隨著鎳成分增加，形成的奧氏體也會逐漸增加， 直至所有的鐵素體結構都被轉變為奧氏體結構， 這樣就形成了 300 系列不銹鋼。 如果僅添加一半數量的鎳，就會形成50% 的鐵素體和50% 的奧氏體，這種結構被稱為雙相不銹鋼。400 系列不銹鋼是一種鐵、碳和鉻的合金。這種不銹鋼具有馬氏體結構和鐵元素，因此具有正常的磁特性。 4

5、00 系列不銹鋼具有很強的抗高溫氧化能力，而且與碳鋼相比，其物理特性和機械特性都有進一步的改善。大多數400 系列不銹鋼都可以進行熱處理。300 系列不銹鋼是一種含有鐵、 碳、 鎳和鉻的合金材料， 一種無磁性不銹鋼材料， 比 400系列不銹鋼具有更好的可鍛特性。 由于 300 系列不銹鋼的奧氏體結構， 因此它在許多環境中具有很強的抗腐蝕性能， 具有很好的抗金屬超應力引起的腐蝕所造成的斷裂的性能， 而且其材料特性不受熱處理的影響。奧氏體不銹鋼中鐵素體含量計算november 25th, 2009摘要：介紹了奧氏體不銹鋼 （/tags/stainless-

6、steel/）中鐵素體的作用和測 量方法，分析了奧氏體不銹鋼中鐵素體形成機理，重點闡述了采用不銹鋼組織圖和合金元素銘當量與銀當量控制奧氏體不銹鋼中鐵素體含量的計算方法。不銹鋼閥門網： / 。1概述奧氏體不銹鋼具有較好的耐蝕性、耐熱性、耐低溫性及良好的易成形性和優異的可焊接性，是不銹鋼系列材料中重要的一類，其產量約占不銹鋼總產量的70%。不銹鋼閥門主體材料幾乎全部采用奧氏體不銹鋼，而閥門行業對奧氏體不銹鋼的認識水平，還僅涉及其化學成分和力學性能方面。隨著科技進步，在核電站、核反應堆工程用核安全級閥門、國防軍工用特種閥門以及大型化工裝置中“sha級”管道重

7、要閥門，都相繼對奧氏體不銹鋼焊接母材和焊縫中的鐵素體含量進行了規定。因此，必須掌握奧氏體不銹鋼中鐵素體含量的測量和計算方法。2奧氏體不銹鋼中鐵素體的作用分析奧氏體不銹鋼中鐵素體的作用是十分重要的技術基礎，只有通過深入的研究，充分的了解和掌握鐵素體的正面（有利）和負面（不利）的作用，才能正確的加以利用或控制。奧氏 體不銹鋼中鐵素體的作用，對閥門來講，最重要的方面是對焊接性能的影響，其次是對材料耐腐蝕性能、力學性能和加工性能的影響。2.1 含量不銹鋼閥門的承壓件（閥體、閥蓋和閥瓣）大部分材料采用astm a351中的c f類不銹鋼鑄件和 astm a182 中的f304和f316類不銹鋼鍛件，其屬

8、于18-8型和18-12型（其 數值表示 cr和ni的大致含量）奧氏體不銹鋼。不銹鋼按晶體結構分為奧氏體、鐵素體和馬氏體。奧氏體具有面心立方晶體結構，無磁性。鐵素體具有體心立方晶體結構，有磁性。應當指出，冶金產品稱謂的奧氏體不銹鋼，并不表明它的組織結構必須是100%的奧氏體。在不銹鋼閥門和零件驗收時，常可見到用磁鐵來吸引被檢測物體，若出現有弱磁性就以此認為產品存在質量問題，其實這是對奧氏體不銹鋼的一種誤解，這種做法往往容易造成錯誤判斷。奧氏體不銹鋼中通常都會有一定數量的鐵素體。依據金屬手冊中第三卷性能與選擇：不銹鋼，在鑄造不銹鋼的性能 中指出：對于cf類鑄造不銹鋼，通常具有5% 25%的 鐵素

9、體。為此，美國材料與試驗協會（ astm ）將閥門用奧氏體不銹鋼鑄件標準的名稱定義 為astm a351承壓件用奧氏體 奧氏體-鐵素體（雙相）鑄鋼。2.2 焊接性能奧氏體不銹鋼在焊接中的主要問題是焊縫和熱影響區的熱裂紋以及耐蝕性，這類問題也 是奧氏體鋼工藝焊接性和使用焊接性的指標。2.2.1 防止焊縫的熱裂紋奧氏體不銹鋼焊縫中鐵素體起著極其重要的作用。奧氏體不銹鋼焊縫中常常需要形成一定數量8相鐵素體（4% 12%）,以防止焊縫產生凝固裂紋（熱裂紋）。8鐵素體是奧氏體不銹鋼（含焊縫金屬）在一次結晶過程（凝固過程）中生成并保留至常溫的鐵素體。由于鐵 素體含碳量很低，性能與純鐵相似，有良好的塑性和韌

10、性，低的強度和硬度。鐵素體的有利作用是對s、p、si和nb等元素溶解度較大，能防止這些元素的偏析和形成低熔點共晶， 從而阻止凝固裂紋產生。焊接過程實際上是一個在焊接結構上，母材金屬與焊材局部進行的冶金和熱處理過程。焊縫中的鐵素體可以有效的阻止低溶點共晶生成和減少偏析程度以及二次晶界的錯位運動，因而可防止熱影響區裂紋和高溫低塑性裂紋。總之，焊接中的8鐵素體對防止和降低奧氏體焊縫金屬的熱裂紋和微裂紋作用是肯定的，它顯著的改進了焊接性， 提高了焊接結構的安全程度。8鐵素體在焊縫中具有一定的負作用。對于焊后需要 600 c以上熱處理的焊件或長期在600 850 c溫度下工作的焊件，由于在上述高溫下8相

11、鐵素體會析出 6相鐵素體，6相具有四方結晶構造， 且富含cr造成周圍cr的貧化，引起焊縫金屬的脆化。 此時應將焊縫 鐵素體的含量控制在 3% 8% ,或者采用重新固溶處理，將 6相鐵素體溶解回基體中。2.2.2 改善焊接接頭的耐蝕性焊接接頭是指整個焊接區，包括焊縫和熔合區以及熱影響區。奧氏體鋼的焊接結構常常 因為腐蝕而損壞甚至報廢，最常見的腐蝕類型是晶間腐蝕和應力腐蝕。由于鐵素體是以分散并均布成小坑狀存在于奧氏體晶粒之間，削弱奧氏體柱狀晶和樹枝晶的方向性，隔斷奧氏體晶界連續網狀碳化銘析出，從而防止晶間腐蝕，因此鐵素體對提高耐晶間腐蝕的作用有好處。 通過試驗證明，由于鐵素體對應力腐蝕開裂不敏感，

12、因此含有鐵素體的奧氏體鋼焊縫的耐應力腐蝕性能優于同成分但含有很少鐵素體的奧氏體鋼焊縫。2.3 耐腐蝕性能焊接材料（母材和焊材）中的8相鐵素體能顯著改善焊縫及熱影響區抗晶間腐蝕和應力 腐蝕的機理。依據同樣的機理可以得出， 對于奧氏體不銹鋼鑄件和鍛件母材中少量的鐵素體 （5% 12%）,總體上講有利于改善材料的抗晶間腐蝕和耐應力腐蝕性能。另一方，對于某 些特殊的腐蝕環境，例如在尿素和醋酸等介質中鐵素體會發生選擇性腐蝕，應對鐵素體含量進行限制。2.4 力學性能和加工性能奧氏體不銹鋼中的鐵素體對材料的力學性能有顯著影響。鐵素體含量增加時強度增加，同時，延展性和沖擊強度減低（表1）。利用此特性，可采用調

13、控鐵素體的含量來達到所需要的材料力學性能和加工性能。表i鐵素體含量對k-8奧氏體銀拉伸性能的影響鐵素體含量 %抗拉強度mpa屈服強度2 m pa延伸率%斷面收縮率 %在室溫下試驗346521660.564. 2io yva49s-| 2346l 073. 0205s429653.55454163433145.547, 9在355七下試驗333910445.563- 21035010943.06272045718336.547, 5414k7ixk涓.x雙4鐵素體含量過高會損害奧氏體不銹鋼的可鍛性，特別是用于大鍛造比的鍛件， 鑄坯限制鐵素體的含量是合理而必要的（通常限制在3% 8%）。同樣道理用

14、于冷變形的奧氏體鋼，如冷伸壓、深沖壓，冷拔和冷擠壓的奧氏體鋼，鐵素體含量應進一步限制（通常限制在5%以下）。 不銹鋼閥門的主體（閥體和閥蓋）材料，國內企業一般采用cf類奧氏體不銹鋼鑄件。鑄件中的鐵素體含量， 除了有利于鑄件作為焊接母材，防止焊縫熱裂紋和微裂紋外，鐵素體還有利于防止鑄造凝固成形過程中裂紋和偏析產生, 網 / 。3鐵素體形成機理以及增加鑄件材料力學性能。不銹鋼閥門所有不同種類的不銹鋼都是銘含量在12%以上的鐵基合金。鐵基合金在高溫下（大于800c）基本晶體結構為面心立方體-奧氏體。當溫度下降到常溫時，晶體結構變成體心立方 體-鐵素體（或馬氏

15、體）。如果在鐵銘合金中加入 7%以上ni或增加c、n或mn等一種或多種奧氏體形成元素， 高溫下的奧氏體晶體在常溫下將處于穩定狀態，即常溫下的奧氏體。如果加入的奧氏體形成元素的總量（饃當量）不夠多，則常溫下只能有一部分是奧氏體，另一部分則是鐵素體。由 此得出，不銹鋼的組織結構是由合金元素含量決定的。對于奧氏體不銹鋼， 合金元素的作用可分成兩大類，即鐵素體形成元素（稱為銘當量元素）和奧氏體形成元素（稱為饃當量元素）。 兩大類元素之間的平衡關系決定了奧氏體中鐵素體含量的多少。奧氏體形成元素主要有ni、mn、c和n,鐵素體形成元素主要有 cr、mo、si、nb和ti。cr是典型的鐵素體形成元素，也是不

16、銹鋼中必不可少的元素，所有不銹鋼都是需含量在 12%以上的鐵基合金。cr的主要作用是耐腐蝕，提高抗高溫氧化性能。ni是典型的形成并穩定奧氏體元素。 圖1可以看出饃的作用，在圖中斜線以上，所示溫度 下奧氏體是穩定的。在這條線以下鐵素體和馬氏體都具有穩定的晶體結構。ni的作用是增強抗酸的腐蝕能力，提高抗非氧化性介質的耐蝕性， 同時提高材料韌性、延展性和優良的綜 合性能，使它更易于加工和焊接。mo是促進鐵素體形成元素，它的銘當量為1。mo可提高鈍化膜的強度，顯著增強耐局部腐蝕性。特別是抗氯離子點蝕，同時能提高還原性介質中，如硫酸、磷酸及有機酸中的耐 蝕性。mo還可提高奧氏體鋼的高溫強度。由于mo是鐵

17、素體形成元素，為了平衡組織，加mo的不銹鋼中應當相應增加ni等奧氏體形成元素含量。 例如cf3m,加入2.0% 3.0%mo后，ni含量也增加到 9.0% 13.0%。si是強鐵素體形成元素，其銘當量為1.5。si可提高鋼的高溫性能和在強氧化性介質（如發煙硝酸）中的耐腐蝕。同時還可改善鑄造特性。nb是鐵素體形成元素，其銘當量為0.5。nb和ti在不銹鋼中起穩定碳的作用，能優先與碳結合形成穩定的碳化物，并均勻的分布在基體中， 阻止cr的碳化物生成，防止晶間腐蝕。nb的抗晶間腐蝕穩定性比 ti更高，nb還可增強奧氏體鋼的高溫強度。ti也是鐵素體形成元素。在計算時可采用與nb相同的銘當量。c是強烈的

18、擴大奧氏體區域元素，其饃當量為 明顯，但由于碳與銘非常容易化合生成碳化銘,30。碳對增加奧氏體不銹鋼的強度作用非常 造成奧氏體晶界貧銘，顯著降低抗晶間腐蝕性能。因此，降低含碳量是防止晶間腐蝕最有效的措施，奧氏體鋼含碳量應控制在0.08%以下（低碳級）和 0.03% （超低碳級）。n是劇烈的奧氏體形成和穩定元素，其饃當量為30。可顯著提高鋼的強度，增強抗局部腐蝕（點蝕及縫隙腐蝕）能力，并能減少6相析出，防止高溫脆性，使奧氏體具有良好的抗敏化能力。利用n的這一特征，近 20年來，美國、法國以及中國相繼研制開發出了含氮 或控氮不銹鋼，代表性的含氮鋼種是aisi 304n 和aisi 304ln （含

19、氮0.10% 0.16%）。控氮鋼種又稱為核級鋼，如304ng、x2cnd18-12 （法國 rcc-m 標準）和 316ng （含氮0.06% 0.10%）。此類新鋼種明顯的提高了強度，改善了鋼的抗晶間腐蝕和應力腐蝕性能， 成功的解決了沸水（bwr）核反應堆運行中出現的igscc （晶間應力腐蝕）破裂事故。此類核級控氮鋼已成功應用到壓水（pwr）核反應堆中。mn是擴大及穩定奧氏體元素，其饃當量為0.5。通常n和mn聯合使用成為代替和節約ni的主要材料。mn可提高強度，增加 n在鋼中的溶解度，但是mn可促進 6相析出，造成鋼有脆性，同時不利于鋼的低溫韌性和可焊性。 常用合金元素對不銹鋼的作用見

20、表2。表上介金元素對本銹綱的作用淞mn的分金元案ctkimnntisicucs&ai形或鐵索體中.中中中一粵弓國奧長吃中嵯格農旗七力中聯爛怛改曲定*?z-糕騰一中注善行汪京個陶強模防i :品網一他一售強中一防l二點年中改君代皮力茶性改掙抗七一垮中中里改界抗弧殳中弱中中性中中改善“走硬七怕一中中中一中日化晶育明修中改善機械加工性強4鐵素體含量測量方法奧氏體不銹鋼中 8相鐵素體含量的測量共有3種方法，磁性儀測量法、金相檢驗法和計算法。4.1 磁性儀測量法利用鐵素體的磁性特性，奧氏體鋼中8相鐵素體含量與鋼的鐵磁性成正比，采用專用的磁性測量儀可直接測量讀出鐵素體含量。8相鐵素體是奧氏體狀態不銹鋼在凝固

21、過程中生成并保留到常溫的鐵素體，對鑄件和焊縫可直接測量。而對于鍛軋等變形狀態奧氏體不銹鋼，例如其鍛件、棒材、板材、焊條或焊絲等材料，由于8相鐵素體已嚴重錯位， 鐵磁特性已改變，故應按照相關規范（如asme第m 卷核動力設備）進行制作試樣。本身自溶焊接，通常采用鴇極無焊絲僦氣保護進行自溶 焊接，才能對自然狀態的凝固表面進行測量，并且至少應讀取6個不同位置的讀數，取其平均值。應注意的是國外磁性儀通常是按美國wrc （焊接研究學會）采用的 鐵素體含量級別序數”（fn）校正，得出的鐵素體值單位為fn,與鐵素體含量百分比數基本等同。4.2 金相檢驗法利用8相鐵素體在奧氏體鋼中是以不連續小坑型均勻分布的特

22、點，在金相顯微鏡下觀測8相鐵素體小坑”在奧氏體中分布情況和所占面積比例，并與相關國家或專業標準（我國已發布國家標準)中的標準金相圖比較，并可檢驗出8相鐵素體含量。采用金相法應注意的事項與磁性儀測量法相同，即對奧氏體鍛件板材，焊條等應按規定進行本身自溶焊接后制成凝固態試塊才能觀測。4.3 計算法鐵素體含量計算法的程序是根據材料化學分析單提供的化學成分，按照規定的cr和ni當量計算公式，分別計算出合金元素的銘當量和銀當量值。然后將計算的銘和銀當量值，在不銹鋼組織圖中找到坐標值，兩坐標的相交點，便是鐵素體含量值。 采用計算法比用磁性儀測量法和金相檢驗法方便得多，而且不受儀器設備限制，一般具備化學分析

23、能力或掌握材料的化學成分報告單，便可用這一方法，快速的評定出鐵素體的含量。依據何種組織圖評定和相 應的銘和饃當量的計算公式，是采用計算法應掌握的關鍵。4.3.1 謝夫爾圖謝夫爾(schaefier)圖適用于所有奧氏體、鐵素體或馬氏體以及雙相和沉淀硬化類不銹鋼 的鑄件、鍛件或變形件，也適用于常規的不銹鋼焊后自然狀態的焊縫組織評定。謝夫爾圖是最早也是應用最廣的不銹鋼組織圖(圖2),謝夫爾圖的銘和饃當量計算公式為：銘當量 =%cr + %mo + (1.5 x%si) + (0.5 %nb)饃當量 =%ni + (30 %c) + (0.5 %mn)從計算公式中可以看出，謝夫爾圖沒有考慮奧氏體形成元

24、素n的作用，因此估算鐵素體含量的精確度為 m,但它廣泛作為閥門主體材料(鑄鍛件)鐵素體含量的評定圖。例如rcc-m-壓力堆核島機械設備設計和建造規則中規定奧氏體-鐵素體不銹鋼制造的1、2和3級核安全設備中的承壓鑄件，鐵素體含量按rcc-m mc1000規定中的謝夫爾曲線圖評定，不考慮 n含量。不銹鋼閥門網。4.3.2 德龍圖德龍(delong)圖是在謝夫爾圖的基礎上改進的，此圖加入了奧氏體形成元素n的作用，更適合于含氮和控氮不銹鋼以及氣體保護焊的焊接組織評定。德龍圖的銘和饃當量計算公式為：銘當量 =%cr + %mo + (1.5 x%si) + (0.5 %nb)饃當量 =%ni + (30

25、 %c) + (30 x%n) + (0.5 %mn)德龍圖進一步改進了曲線精確度，考慮了n的作用，估算鐵素體含量的精確度為2%,圖3是所規定 采用的德龍圖，主要用于焊接材料的8鐵素體含量計算。asme提供的德龍圖不僅給出了 8鐵素體含量的百分比，同時還給出了 鐵素體含量級別 序數”（fn）,簡稱為 鐵素體序數”（fn）,它是美國焊接研究學會（ wrc）采用的技術術 語，用來表示奧氏體不銹鋼焊縫中鐵素體含量獨立的標準化的數值。用以代替鐵素體百分比含量值， 鐵素體序數”（fn）可以認為與 鐵素體百分比含量”相同。a至xf tns m 工+ m w. * h，空在運用德龍圖時，應注意饃當量中n元素

26、的影響。在 asme中關于n含量有明確的規定，最好采用實測的含氮量。如果沒有實測值時，可采用下列推薦的含氮量。熔化氣體保護焊（gmaw）的焊縫為0.08%,自保護管狀焊條熔化極氣體保護焊為0.12%。 其他方法的焊縫為 0.01%。大量的試驗數據證明，當用上述 asme推薦的含 n量代入德龍圖 的饃當量計算式，得出的8鐵素體計算值與實測值十分接近，因此在應用德龍圖時，必須遵循asme上述的規定。 法國rcc-m也提供了與 asme十分近似的德龍圖，只給出了8鐵素體含量百分比，沒有引入鐵素體序數（fn）概念，僅在指明按 rcc-m規范制造設備時采用。另外不銹鋼的組織圖還有wrc （ 1992）圖

27、，此圖是美國焊接研究學會（ wrc）制訂的，以鐵素體序數（fn）表示鐵素體含量。該圖已把鐵素體序數（fn）擴大到100fn,主要適用于雙相不銹鋼（鐵素體與奧氏體各占50%左右）。5鐵素體含量驗收標準目前我國奧氏體不銹鋼及其焊接材料和焊縫金屬中鐵素體的合適含量還沒有統一的標準，對奧氏體不銹鋼中鐵素體含量進行規定的主要是核電站、核反應堆、國防軍工專用設備及重要化工裝置用奧氏體鋼鑄件、焊接母材和焊材。根據相關的標準、控制范圍和經驗指標，綜合介紹如下（8代表鐵素體含量）。 要求無磁性材料，如雷達和掃雷器上的無磁性鑄件，8 0.1%特別腐蝕要求，防止選擇性腐蝕，如尿素級焊接母材及焊材，8 0.5%使用于

28、-150 c以下低溫環境焊縫金屬，8 5 fnfn-鐵素體序數）。 核電站（沸水堆、壓水堆）和核安全級設備。中國壓水堆焊接材料，8 = 5% 12%承壓鑄件，8 = 10% 18%美國asme ,焊接材料，8 5 fn。法國rcc-m ,壓水堆和承壓鑄件，8= 12% 25% （理想含量為 15% 20%）。本文中的焊接材料和焊縫金屬，不包括閥門密封面堆焊材料及密封面金屬。6結語奧氏體不銹鋼中通常都含有一定數量的鐵素體（5% 15%）。鐵素體的作用具有雙重性，奧氏體不銹鋼母材和焊材中一定數量的鐵素體（5% 15% ）對防止焊接熱裂紋，提高焊縫抗晶間腐蝕和應力腐蝕能力都有十分重要的作用，同時鑄件

29、中一定數量的鐵素體含量（5% 20% ）對防止鑄造熱裂紋，提高鑄件力學性能也都是有利的。在一些特定的環境，如高溫、超低溫以及選擇腐蝕環境，應控制其不利作用。為此，研究奧氏體不銹鋼中鐵素體的作用，掌握鐵素體的調控原理、測量和計算方法，對研制和開發高參數不銹鋼閥門，特別是設計制造核安全級 不銹鋼閥門，具有十分重要的意義。付工總結的知識：1cr18ni9不銹鋼中8鐵素體是由于成分不均勻引起的，是在鑄態時就有的，熱處理時基本消除不掉，只能消除一部分（由于在固溶溫度時，成分趨于均勻化，碳化物、雜質等固溶進入奧氏體）；425-870時先產生 cr23c6 ,然后產生fe-cr金屬間化合物（即相，性能很差）

30、；金相中8鐵素體是直方的，“鐵素體是月牙型圓的。一般 cr18ni9不銹鋼中都含有10%以下的8鐵素體1.不銹鋼的腐蝕與耐腐蝕的基本原理金屬受環境介質的化學及電化學作用而被破壞的現象即腐蝕。化學腐蝕的環境介質是非電解質（汽油、苯、潤滑油等），電化學腐蝕的環境介質是電解質（各種水溶液） 。電化學 腐蝕是涉及電子轉移的化學過程， 該過程能否進行取決于金屬能否離子化， 而離子化的趨勢 可用金屬的標準電極電位（ q來表示。由于碳化物、夾雜物，以及組織、化學成分和內部應力的不均勻等的作用，將促使各部分在電解液中產生相互間的電極電位差。電極電位差愈大，微陽極和微陰極間的電流強度愈大， 鋼的腐蝕速度也愈大，

31、 微陽極部分產生嚴重的腐蝕。 在電化學腐蝕中能夠控制腐蝕反應速度 的現象稱為極化，極化可使陽極與陰極參與反應的速度得到減弱和減緩。電解液中離子的緩慢移動、原子緩慢結合成氣體分子或電解液中離子的緩慢溶解，都可能是極化的表現形式。反應面積、攪拌或電解液流動、氧氣、溫度等因素，都將影響極化的速度。用極化技術與臨界電位可衡量金屬與合金在氯化物溶液中點腐蝕與縫隙腐蝕的敏感性。 當不銹鋼與異種金屬接觸時，需考慮電化學腐蝕 。但若不銹鋼是正極，則不會產生電流腐蝕。鈍化狀態金屬的耐腐蝕性取決于鉻含量、 環境中的氯化物和氧含量以及溫度。 某些元素 （如氯）可以擊穿鈍化膜，造成鈍化膜不連續處的金屬被腐蝕 ，故使用

32、鈍化狀態金屬的用戶應特別注意點腐蝕、應力腐蝕開裂、敏化以及貧氧腐蝕等。 為了提高不銹鋼的耐腐蝕性能，其應處于鈍化狀態 （必要條件） ， 鈍化后腐蝕電流密度要低（腐蝕速度） ，鈍化狀態的電位范圍要寬（相對穩定性） 。對于含鎳材料來說， 腐蝕有兩種主要形式：一種是均勻腐蝕， 另一種是局部腐蝕。 在海洋大氣中的鐵銹就是一種一般或均勻腐蝕的典型例子。此處金屬在其整個表面上均勻地被腐蝕。在這種情況下， 鋼表面形成疏松層， 這層腐蝕產物很容易去除。另一方面， 像合金 400 這種耐腐蝕性較好的金屬，它們在海洋大氣中表現出良好的均勻抗腐蝕性。這是由于合金400可形成一種非常薄而堅韌的保護膜。 均勻腐蝕是一種

33、最容易處理的腐蝕形式， 因為工程師可以定量地確定金屬的腐蝕率并可精確地預測金屬的使用壽命。不銹鋼耐腐蝕性機理：在不銹鋼表面形成明顯的 cr2o3 薄膜， o 和 cr 的含量有最低要求（ 10.5% ）以獲得連續的保護性薄膜，以抑制侵蝕的發生。若保護性薄膜被損壞，它可以自然恢復。氧化膜的抗腐蝕性能取決于mo、ni、cr、及n的含量。提高cr含量可以提高不銹鋼的抗侵蝕性和當 cr2o3 薄膜被損壞時增強了其自修復能力。 cr2o3 薄膜對基體結構 （鐵素體或奧氏體）沒有任何影響。蝕斑： 在較高溫度范圍內處于氯化物、氟化物或氧化性溶液中，最初產生在夾雜物、表面損傷等保護膜不連續表面，而后將產生穿孔

34、或形成新的保護膜（除去腐蝕物質和沖洗過的部分） 。主要產生于海邊環境、鹽水、海水或高氧化性溶液環境。為此，需除去或減少氯、氟含量，加強沖洗維護，提高鉻、鉬含量。縫隙腐蝕： 在氯化物、氟化物或硫環境中，最初存在縫隙且氧極少，導致產生腐蝕直至縫隙擴展、裂開。主要產生于接縫、焊縫或附著物之下。為此，需消除縫隙和避免搭接，采用腐蝕抑制劑，不透水密封，提高鉻、鉬含量。由局部腐蝕而引起的破壞是很難預測的。 因而， 設備的壽命也不能精確地預計。 這里給出幾種局部腐蝕的例子。第一例是電化學腐蝕。 當兩種或多種不同的金屬在某種導電液 （電解液） 存在條件下接觸和連接時，電化學腐蝕就發生了。此時，兩種金屬間建立了

35、勢能差，同時電流將流動。電流會從抗腐蝕能力較差的金屬（即陽極）流向抗腐蝕能力較強的金屬（即陰極） 。腐蝕由陰極上的反應情況而控制，如氫氣的生成或氧氣的還原。 如果某一大的陰極面與某一小的陽極面相連接時， 陽極和陰極之間即會產生大的電流流動。這種情況必須避免。另一方面，當我們將此情況顛倒一下， 即讓某一大的陽極面與小的陰極面相連接時， 兩種金屬之間則會產生小的電流流動。這種情況是我們所期望的。 在實用指南中，我們將位于某一容器或槽中的焊接金屬接點設計為陰極。 緊固件裝置是這樣設計的， 即將陰極緊固件 （小面積） 與陽極件 （大面積） 連接在一起。 此概念的例子是將鋼板用銅鉚釘鉚接在一起并暴露在流

36、動速度低的海水中，銅質固定件為小的陰極面， 而鋼板為大的陽極面。這種設計是非常便利的，而且可產生良好的相容性。 另一方面，如果相反進行連接，即用鋼鉚釘來固定銅板，則在鋼鉚釘上會產生非常快的腐蝕。此時，銅板則由于鋼的腐蝕而被陰極保護。有趣的是在這種情況下，銅離子的釋放被停止，銅板將被海水中的有機物纏結。通常， 銅的腐蝕可阻止纏結有機物的附著。在電廠設計中，電化學腐蝕是非常重要的，而且不應被忽視。第二個局部腐蝕的例子是浸蝕腐蝕。一塊石頭有可能堵塞在某一銅合金冷凝器的管子中。 此時， 石頭的下游方向將立即產生紊流現象。 這就會引起對銅保護氧化膜的浸蝕或磨損，并使未保護的銅合金金屬暴露， 以致產生進一

37、步的腐蝕。 這種循環趨于繼續加劇浸蝕和腐蝕，直至造成管子穿孔為止。浸蝕腐蝕可通過采用良好的隔離技術來防止。電廠技術人員常碰到的第三種局部腐蝕形式是縫隙腐蝕。縫隙腐蝕：是指在金屬構件縫隙處發生斑點狀或潰瘍形的宏觀蝕坑， 當金屬表面出現某種沉淀或附著物時產生， 是局部腐蝕的一種形式，它可能發全于溶液停滯的縫隙之中或屏蔽的表面內。間隙類型（金屬 -金屬、金屬 - 異種金屬） 、間隙深度、內外面積比等幾何尺寸因素，氧含量、氧離子濃度、 ph值、溫度、擴散與對流、微生物等環境因素，金屬溶解、氧消耗、氫產生等電化學反應，金屬組織不純、表面氧化、 鈍化膜的特性等冶金因素，都將影響間隙腐蝕的發生與擴散。 正好

38、在沉淀物下面或縫隙內，溶液中的氧含量是低的，在縫隙的外面大量溶液中的氧含量很高，這就建立了一個電池， 其沉淀物下或縫隙中是陽極而其外面是陰極。 含氯化物介質的縫隙的內部， ph 值下降而氯化物濃集。這種酸性氯化物條件導致腐蝕加快并且是自動起媒介作用的。 接著便發生了嚴重的局部腐蝕。 這樣的縫隙可以在金屬與金屬或金屬與非金屬的接合處形成， 例如， 在與鉚釘、 螺栓、 墊片、 閥座、 松動的表面沉積物以及海生物相接燭之處形成。縫隙腐蝕可以在螺栓頭或墊圈作為陽極區時發生。 防止沉淀物和結垢生成或使用高合金含量的材料將有助于減少縫隙腐蝕。點腐蝕（第四種局部腐蝕形式）是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕

39、輕微而分散發生高度的局部腐蝕，常見蝕點的尺寸小于1.00mm ，深度往往大于表面孔徑，輕者有較淺的蝕坑， 嚴重的甚至形成穿孔。點蝕與縫隙腐蝕相似，尤其是在擴展階段。與縫隙腐蝕不同的是， 點蝕在金屬表面沒有縫隙出現的情況下也可產生。 與縫隙腐蝕相同的是， 點蝕也是由于特殊的腐蝕劑如氯化物而造成的。 它通常是由于金屬表面上的某個缺陷而引起的。 例如， 在不銹鋼或鎳合金保護性氧化層中的某個缺陷。與焊接有關的缺陷，如雜質（ mns ，可通過降低mn、s含量，加入ti、zr等方法消除）、第二相（&鐵素體、相）、電弧沖擊處、飛濺物點蝕可通過采用抗腐蝕能力高的合金或消除引起點蝕的化學元素的方法來防止。一旦兩

40、種形式的腐蝕開始，則點蝕和縫隙腐蝕的擴展情況是相同的。金屬離子，如不銹鋼的鐵離子， 反應并形成亞鐵離子。 亞鐵離子進一步氧化成三價鐵離子。 氯化物試圖轉移到坑或縫隙區內并且ph 值降低至大約 1 或更低。 在該區中氧含量很低。在坑或縫隙的外面大量溶液中，氧含量很高。 隨著坑的底部趨于陽極化，坑或縫隙的周圍區趨于陰極化，于是電池電流的關系即被形成。 當坑或縫隙中的腐蝕進一步擴展時， 則變為自催化反應。 三價鐵離子與氯離子作用形成氯化鐵。 該反應不斷重復并快速產生金屬穿孔現象。 點腐蝕發生的氯離子濃度較高， 而間隙腐蝕在較低的氯離子濃度下也會發生。 點蝕或縫隙腐蝕是一種非常危險的腐蝕形式，因為它高

41、度局部化并能快速造成金屬的穿透破壞。第五種局部腐蝕形式即應力腐蝕開裂（ scc ）指承受應力的合金在腐蝕性環境中由于烈紋的擴展而互生失效的一種通用術語， 其常見鋼種包括不含 ti、 nb 的 18-8型和 17-12-mo型鋼、超低碳不銹鋼。在此情況下，金屬表面上形成疏松、片狀的腐蝕層。即使低速流動也會將腐蝕物的疏松層很容易地除去。 于是， 新的未腐蝕的金屬又被暴露出來， 從而將形成許多另外的片狀層。 再一次重復， 這些片狀層被很容易地除去并且過程在繼續進行著。 使用不易起化學反應的合金可以避免剝落腐蝕。 應力腐蝕分為穿晶應力腐蝕和晶間應力腐蝕。 穿晶應力腐蝕主要發生在含氯離子介質中， 很少發

42、生在氫氧化物介質中； 晶間應力腐蝕發生在一般的水溶液介質中。應力腐蝕的影響因素主要是氯離子水溶液和堿性溶液（ 120 以上會產生應力腐蝕）。氯離子應力腐蝕的影響因素有：材質、組織和狀態、氯離子濃度（300x10-6以上會產生應力腐蝕，小于20x10-6不會發生應力腐蝕）、氧含量、溫度（75c以上會產生應力腐蝕，低于50 不會產生應力腐蝕）、 ph 值、應力大小。應力腐蝕開裂具有脆性斷口形貌，但它也可能發生于韌性高的材料中。ni含量在812%時發生應力腐蝕的傾向性最大。發生應力腐蝕開裂的必要條件是要有拉應力 （不論是殘余應力還是外加應力， 或者兩者兼而有之）和特定的腐蝕介質存在。型紋的形成和擴展

43、大致與拉應力方向垂直。這個導致應力腐蝕開裂的應力值，要比沒有腐蝕介質存在時材料斷裂所需要的應力值小得多。在微觀上，穿過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋，而沿晶界擴圖的裂紋稱為沿晶裂紋，當應力腐蝕開裂擴展至其一深度時（此處，承受載荷的材料斷面上的應力達到它在空氣中的斷裂應力），則材料就按正常的裂紋（在韌性材料中，通常是通過顯微缺陷的聚合）而斷開。因此，由于應力腐蝕開 裂而失效的零件的斷面，將包含有應力腐蝕開裂的特征區域以及與已微缺陷的聚合相聯系的 韌窩”區域。第六種局部腐蝕形式為選擇性浸出或脫合金成分腐蝕。在此情況下，一種元素，通常 為最不易起化學作用的元素，被腐蝕介質有選擇地去除而留下一個機械薄弱區。典

44、型的例子是蒸汽和水介質中黃銅的脫合金化。它可取名為失鋅現象，這里鋅被有選擇地去除而銅又被重新鍍在金屬表面上。這種形式的腐蝕現在已很少見到，它可通過采用不易經受脫合金化的合金來防止。晶間腐蝕（第七種形式）出現于某些特殊的合金中，通常當它們在焊接或熱處理期間 加熱到其敏感溫度區時即可能會發生晶間腐蝕。晶粒間界是結晶學取向不同的晶粒間紊亂錯合的界城，因而，它們是鋼中各種溶質元素偏析或金屬化合物（如碳化物和8相）沉淀析出的有利區城。當諸如某些不銹鋼合金加熱到425-870 c ,銘的碳化物即會在晶粒邊界析出。導致碳化物附近出現貧銘區同時影響晶界區的鈍化性。在特殊介質中，如硝酸或高溫水中， 可能出現低銘

45、區的溶蝕現象。晶粒是以一種砂糖似的表面出現的。當用一取樣器擦過時， 它們很容易被擦掉。不銹鋼和饃合金的晶間腐蝕可以通過采用低碳合金、加入碳化物形成元素如鈦或鋸，或利用穩定化退火來使之避免。晶間腐蝕是一種有選擇性的腐蝕破壞，它與一般選擇性腐蝕不同之處在于，腐蝕的局部性是顯微尺度的，而宏觀上不一定是局部的。晶界上優先腐蝕，雖然外觀上保持著金屬光澤，但晶粒間漸漸失去聯系以致晶粒脫落。晶間腐蝕的影響因素：金屬的化學成分和金相組織。含碳量愈高，愈易產生晶間腐蝕。鐵素體的存在可以防止晶間腐蝕，但晶粒度過大則會加速晶間腐蝕。焊前鋼材的受熱情況，若鋼材受過550850c的預熱，則易發生晶間腐蝕。焊接、使用過程

46、中存在應力。在中等氧化性環境中易產 生晶間腐蝕。為此，應選用穩定性好的低碳不銹鋼，極低含碳量和較高鈦、鋁、粗、錯含量 的焊接材料，但該種焊縫強度低且易產生熱裂。應力腐蝕裂紋（scc）是第八種局部腐蝕形式。產生應力腐蝕裂紋的條件有三種：敏感合金，外加或殘余的拉應力，特殊腐蝕劑。應力腐蝕裂紋可能出現的一個典型例子是一 條由aisi 316型不銹鋼（uns s31600）制成的絕熱蒸汽管線。 絕熱材料中可能存在的氯化 物當其受到雨淋時即可轉移到金屬表面。這種情況滿足了應力腐蝕裂紋的產生條件：一種敏感合金316型不銹鋼；一種特殊腐蝕劑 一一含氯化物的水；以及應力 一一冷加工的或焊 接的管道。如果通過裂

47、紋區做一橫斷面金相檢查，將會觀察到典型的穿晶（跨過晶粒和晶界）和分支裂紋。這就是奧氏體不銹鋼的典型氯化物應力腐蝕裂紋。消除上述三種中的任何一種條件即可防止應力腐蝕裂紋的產生。刀刃腐蝕。當焊接 321、347不銹鋼時，受熱部分溫度高達1150c時，易導致tic和nb部分析出。這時，碳在靠近焊縫處富集成一個很窄的富集區域，在焊縫冷卻時形成碳銘化合物。該碳富集區域只有幾個晶粒寬，能長久形成一條細線，即刀刃腐蝕。含nb不銹鋼比含 ti不銹鋼更能抵抗刀刃腐蝕，提高熱處理溫度也不能消除刀刃腐蝕。與晶間腐蝕不一樣的是， 刀刃腐蝕發生在緊鄰焊縫很窄的區域內，而晶間腐蝕發生在離焊縫較遠的區域；刀刃腐蝕發生在穩定

48、型不銹鋼中。局部腐蝕的最后一個例子是腐蝕疲勞。它出現于旋轉零件中， 如泵的軸。點蝕常發生在依次產生應力上升區的表面上。在存在周期性應力并伴隨有腐蝕的應用場合中會導致疲勞裂 紋的加速發展。疲勞條紋（標志）可在斷口表面上很典型地觀察到，它是腐蝕疲勞的警告征兆。使用高強度合金或減小應力的方法可以防止腐蝕疲勞。全面腐蝕：是用來描述在整個合金表面上以比較均勺的方式所發生的腐蝕現象的術語。當發生全面腐蝕時， 村料由于腐蝕而逐漸變薄， 甚至材料腐蝕失效。 不銹鋼在強酸和強堿中可能呈現全面腐蝕。 全面腐蝕所引起的失效問題并不怎么令人擔心， 因為， 這種腐蝕通常可以通過簡單的浸泡試驗或查閱腐蝕方面的文獻資料而預

49、測它。2. 不銹鋼中合金元素的作用：1、 碳（ c） ： 鋼中含碳量增加， 屈服點和抗拉強度升高， 但塑性和沖擊性降低， 當碳量 0.23% 超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結構鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力， 在露天料場的高碳鋼就易銹蝕； 此外， 碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。2、硅（ si） ：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮靜鋼含有0.15 0.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強度， 故廣泛用于作彈簧鋼。 在調質結構鋼中加入 1.0 1.2%的硅， 強度可

50、提高15 20%。硅和鉬、鎢、鉻等結合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的作用，可制造耐熱鋼。含硅 1 4% 的 低碳鋼，具有極高的導磁率，用于電器工業做矽鋼片。硅量增加，會降低鋼的焊接性能。3、錳（ mn） ：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳 0.30 0.50%。在碳素鋼中加入 0.70% 以上時就算 “錳鋼 ” ，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如 16mn 鋼比 a3 屈服點高 40% 。含錳11 14%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機鏟斗，球磨機襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。4 、磷（p） ：在一般

51、情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045% ，優質鋼要求更低些。5 、硫（s） ：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時造成裂紋。 硫對焊接性能也不利， 降低耐腐蝕性。 所以通常要求硫含量小于0.055% ，優質鋼要求小于0.040%。在鋼中加入 0.08-0.20% 的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。6 、鉻（ cr ） ：在結構鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素

52、。7 、鎳 （ni） ：鎳能提高鋼的強度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力， 在高溫下有防銹和耐熱能力。 但由于鎳是較稀缺的資源， 故應盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。8、鋁(mo):鋁能使鋼的晶粒細化，提高淬透性和熱強性能，在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力，發生變形，稱蠕變) 。結構鋼中加入鉬，能提高機械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。9 、鈦 (ti) ：鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織致密，細化晶粒力；降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻 18 鎳 9 奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦，可避免晶間腐蝕。10

53、 、釩 (v) ：釩是鋼的優良脫氧劑。鋼中加0.5% 的釩可細化組織晶粒，提高強度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。11、鎢 (w) ：鎢熔點高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強性，作切削工具及鍛模具用。12、鈮 (nb) ：鈮能細化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現象。13 、鈷(co) ：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強鋼和磁

54、性材料。14 、銅(cu) ：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點是在熱加工時容易產生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯著降低。當銅含量小于 0.50%對焊接性無影響。15 、鋁 (al) ：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的 08al 鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。 鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、 焊接性能和切削加工性能。16、硼 (b) ：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強度。17 、氮 (n): 氮能提高鋼的強度，低溫韌性和焊接性，增加