一、不锈钢基本合金元素还有镍、钼、钛、铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。

　　化学成分

　　不锈钢的耐蚀性随含碳量的增加而降低，因此，大多数不锈钢的含碳量均较低，有些钢的wC（含碳量）甚至低于0.03%(如00Cr12)。不锈钢中的主要合金元素是Cr，只有当Cr含量达到一定值时，钢才有耐蚀性。因此，不锈钢一般wCr均在13%以上。不锈钢中还含有Ni、Ti、Mn、N、Nb等元素。

　　种类

　　不锈钢常按组织状态分为:马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢等。另外，可按成分分为:铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。 1、铁素体不锈钢:含铬12%～30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。 属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。 2、奥氏体不锈钢:含铬大于18%，还含有 8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的wC<0.08%，钢号中标记为“0”。这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热至1050～1150℃，然后水冷，以获得单相奥氏体组织。 3、奥氏体 - 铁素体双相不锈钢:兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。 奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。 4、马氏体不锈钢:强度高，但塑性和可焊性较差。 马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。 不论不锈钢板还是耐热钢板，奥氏体型的钢板的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性同时硬度也不高，这也是它们被广泛采用的原因之一。奥氏体型不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服强度和硬度，随着温度的降低而提高；塑性则随着温度降低而减小。其抗拉强度在温度15~80°C范围内增长是较为均匀的。更重要的是:随着温度的降低，其冲击韧度减少缓慢，并不存在脆性转变温度。所以不锈钢在低温时能保持足够的塑性和韧性。 不锈钢的耐热性能 耐热性能是指高温下，既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，同时在高温时双有足够的强度即热强性。 碳的影响:碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素.碳形成奥氏体的能力约为镍的30倍,碳是一种间隙元素,通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的强度.碳还可提高奥氏体不锈钢在高浓氯化物(如42%MgCl2沸腾溶液)中的耐应力腐蚀的性能. 但是,在奥氏体不锈钢中,碳常常被视为有害元素,这主要是由于在不锈钢和耐蚀用途中的一些条件下(比如焊接或经450~850℃加热),碳可与钢中的铬形成高铬的Cr23C6型碳化合物从而导致局部铬的贫化,使钢的耐蚀性特别是耐晶间腐蚀性能下降.因此,60年代以来新发展的铬镍奥氏体不锈钢大都是碳含量小于0.03%或0.02%超低碳型的,可以知道随着碳含量降低,钢的晶间腐蚀敏感性降低,当碳含量低于0.02%才具有最明显的效果,一些实验珠光还指出,碳还会增大铬奥氏体不锈钢的点腐蚀分倾向.由于碳的有害作用,不仅在奥氏体不锈钢冶炼过和中应按要求控制尽量低的碳含量,而且在随后的热,冷加工和热处理等过程中也在防止不锈钢表面增碳,且免铬的碳化物析出. 铬的影响:铬是奥氏体不锈钢中最主要的合金元素,奥氏体不锈钢的不锈性和耐蚀性的获得主要是由于在会质作用下,铬促进了钢的钝化并使钢保持稳定钝态的结果.○1铬对组织的影响:在奥氏体不锈钢中,铬是强烈形成并稳定铁体的元素,缩小奥氏体区,随着钢中含量增加,奥氏体不锈钢中可出现铁素体(δ)组织,研究表明,在铬镍奥氏体不锈钢中,当碳含量为0.1%,铬含量为18%时,为获得稳定的单一奥氏体组织,所需镍含量最低,约为8%,就这一点而言,常用的18Cr—8Ni型铬镍奥氏体不锈钢是含铬,镍量配比最为适宜的一种. 有奥氏体不锈钢中,随着铬含量的增加,一些金属间相(比如δ相)的形成倾向增大,当钢中含有钼时,铬含含量会增加还会χ相等的形成,如前所述,σ, χ相的析出不仅显著降低钢的塑性和韧性,而且在一些条件下还降低钢的耐蚀性,奥氏体不锈钢中铬含量的提高可使马氏体转烃温度(Ms)下降,从而提高奥氏体基体的稳定性.因此高铬(比如超过20%)奥氏体不锈钢即使经过冷加工和低温处理也很难获得马氏体组织.. 铬是强碳化物形成元素,在奥氏体不锈钢中也不例外,奥氏体不锈钢中常见的铬碳化物有Cr23C6;当钢中含有钼或铬时,还可见到期Cr6C等碳化物,它们的形成在某些条件下对钢的性能会产生重要影响.○2铬对性能的影响:一般来主,只要奥氏体不锈钢保持完全奥氏体组织而没有δ铁素体等的形成,仅提高钢中铬含量不会对力学性能有显著影响,铬对奥氏体不锈钢性能影响最大的是耐蚀性,主要表现为:铬提高钢的耐氧化性介质和酸性氯化物介质的性能;在镍以及钼和铜复合作用下,铬提高钢耐一些还原性介质,有机酸,尿素和碱介质的性能;铬还提高钢耐局部腐蚀,比如晶间腐蚀.点腐蚀,缝隙腐蚀以及某此条件下应力体育馆的性能..对奥氏体不锈钢晶间体育馆敏感性影响最大的因素是钢中碳含量,其他元素对晶间体育馆的作用主要视其对碳化物的溶解和沉淀行为的影响而定,在奥氏体不锈钢中,铬能增大碳的溶解度而降低铬的贫化度,因而提高铬含量对奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀是有益,铬非常有效地改善奥氏体不锈钢的耐点腐蚀及缝隙腐蚀性能,当钢中同时有钼或钼及氮存在时,铬的这种有效性大加强,虽然根据研究钼的耐点体育馆及缝隙腐蚀的能力为铬的话倍左右,氮为铬的30倍,但是大量研究,奥氏体不锈钢中如果没有铬或者铬含量较低,钼及氮的耐点腐蚀与缝隙腐蚀作用便会丧失或不够显著. 铬对奥氏体不锈钢的耐应力腐蚀性能的作用,随实验介质条件及实际使用环境而异,在MgCl2沸腾溶液中,铬的作用一般是有害的,但是在含Cl-和氧的水介质,高温高压水以及点腐蚀为起源的应力腐蚀条件下,提高钢中铬含量则对耐应力腐蚀有利,同时,铬还可防止奥氏体不锈钢及合金中由于镍含量提高而容易出现的晶间型应力腐蚀的倾向,对开苛性,但是这种不利作用会由于钢及合金中铬含量的提高而获得减轻或受到抑制.随磁卡奥氏体不锈钢中镍含量的提高,其产生晶间腐蚀的临界碳含量降低,即钢的晶间腐蚀敏感性增加,至于对奥氏体不锈钢耐点腐蚀及缝隙腐蚀的性能,镍的作用并不显著,此外,镍还提高奥氏体不锈钢的高温抗氧化性能,这主要与镍改善了铬的氧化膜的成分,结构和性能降低,并且镍含量越高越有害,这主要是由于钢中晶界处一百万低熔点硫化镍所致. 一般来说,简单的铬镍(及铬锰氮)奥氏体不锈钢仅用于要求不锈性和耐氧化性介质(比如硝酸等)的使用条件下,钼作为奥氏体不锈钢中的重要合金元素加入到钢中使其使用范围进一步扩大,钼的作用主要是提高钢在还原性介质(比H2SO4,H3PO4,以及一些有机酸和尿素环境)的耐蚀性,并提高钢的耐点腐蚀及缝隙腐蚀等性能. 1钼对组织的影响 钼和铬都是形成和稳定铁素体并扩大铁素体相区的元素,钼形成铁素体的能力与铬相当.钼还促进奥氏体不锈钢中金属间相,比如σ相,,κ相,和Laves相等的沉淀,对钢的耐蚀性和力学性能都会产生不利影响,告别是导致塑性,韧性下降,为使奥氏体不锈钢(NqOH)应力腐蚀,铬的作用也是有益的 铬除对负数氏体不锈钢耐蚀性有重要影响外,还能显著提高该类钢的抗氧化,抗硫化和抗融盐腐蚀等性能. 1镍对组织的影响 镍是强烈一百万并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素,为了获得单一的奥氏体组织,当钢中含有0.1%碳和18%铬时所需的最低镍含量约为8%,这便是最著名18-8铬镍奥氏体不锈钢的基本分,奥氏体不锈钢中,随着镍含量的增加,残余的铁素体可完全消除,并显著降低σ相形成的倾向;同时马氏体转烃温度降低,甚至可不出现λ→M相变,但是镍含量的增加会降低碳在奥氏体不锈钢中的溶解度,从而使碳化物析出倾向增强. 2镍对性能的影响 镍对奥氏体不锈钢特别是对铬镍负数氏体不锈钢力学性能的影响主要是由镍对奥氏体稳定性的影响来决定,在钢中可能发生马氏体转变的镍含量范围内,随着镍含量的增加,钢的强度降低页塑性提高,具有稳定奥氏体组织的铬镍奥氏体不锈钢韧性(包括极低温韧性)非常优良,因而可作为低温钢使用,这是众所周知的,对于具有稳定奥氏体组织的铬锰奥氏体不锈钢,镍的加入可进一步改善其韧性.镍还可显著降低奥氏体不锈钢的冷加工硬化倾向,这主要是由于奥氏体稳定性增大,减少以至消除了冷加工过程中的马氏体转变,同时对奥氏体本身的冷加工硬化作用不太明显,不锈钢冷加工硬化倾向的影响,镍降低奥氏体不锈钢冷加工硬化速率,与降低钢的室温及低温强度,提高塑性的作用,决定了镍含量的提高有利于奥氏体不锈的冷加工成形性能,提高镍含量还可减少以至消除18-8和17-14-2型铬镍9钳)奥氏体不锈钢中的δ铁素体,从而提高其热加工性能,但是,δ铁素体的减少对这些钢种的可焊接性不利会增大焊接热裂纹丝倾向,此外,镍还可显著提高铬锰氮(铬锰镍氮)奥氏体不锈钢的热加工性能,从而显著提高钢的成材率 在奥氏体不锈钢中,镍的加入以及随着镍含量的提高,导致钢的热力学稳定性增加,因此奥氏体不锈钢具有更好的不锈性和耐氧化性介质的性能,且随着镍含量增加,耐还原性介质的性能进一步得到改善.值得指出,镍还是提高奥氏体不锈耐许多介质穿晶型应力腐蚀的唯一重要元素. 在各种酸介质中镍对奥氏体不锈钢耐蚀性能的影响,需要指出,在高温高压水中的一些条件下,镍含量的提高导致钢和合金的晶间型应力腐蚀敏感性增加保持单一的奥氏体组织,随着钢中钼含量的增加,奥氏体形成元素(镍,氮及锰等)的含量也要相应提高,以保持钢中铁素体与奥氏体形成元素之间的平衡. 2钼对性能的影响 钼对奥氏体不锈钢的氧化作用不显著,因此当铬镍奥氏体不锈钢保持单一的奥氏体组织且无金属间析出时,钼的加入对其室温力学性能影响不大,但是,随着钼含量的增加,钢的高温强度提高,比如持久,蠕变等性能均获较大改善,因此含钼不锈钢也常在高温下应用,然而,钼的加入使钢的高温变形抗力增大,加之钢中常常存在少量δ铁素体因而含钼不锈钢的热衷加工性比不含钼钢为差,而且钼含量越高,热加工性能越坏,另外,含钼奥氏体不锈钢中容易一百万κ(σ)相沉淀,这将显著恶化钢的塑性和韧性,因此在含钼奥氏体不锈钢的生产,设备制造和应用过程中,要注意防止钢中金属间相的形成. 虽然钼作用为合金元素对奥氏体不锈钢耐还原性介质,面点腐蚀及缝隙腐蚀的原因尚不完全清楚,但大量实验已指出,钼的耐蚀作用仅相当钢中含有较高量的铬时才有效,钼主要是强化钢中铬的耐蚀作用,与此同时,钼形成酸盐后的缓蚀作用也已为实验所证实. 在耐高浓氯化物溶液的应力腐蚀方面,虽然钼作为合金元素对奥氏体不锈钢耐还原性介质,耐点腐蚀及缝隙腐蚀的原因尚不完全清楚,但大量实验已指出,钼的作用仅当钢中含有较高量的铬时才有效,钼主要是强化钢中铬的耐蚀作用,与此同时,钼形成钼酸盐后的缓冲作用也已为实验所证实. 在耐高浓氯化物沉沦的应力腐蚀方面,虽然一此实验指同.3#以下的钼对奥氏体不锈钢的耐应力腐蚀性能有害,,但是由于常见铬镍奥氏体不锈钢多在含有微量氯化物及饱和氧的水介质中使用,其应力腐蚀又以点腐蚀为起源,因此含钼的铬镍钼奥氏体不锈钢由于耐点腐蚀性能较高,所以在实际应用中常常比不含钼钢具有更好的耐氯化物应力腐蚀性能.