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            鎳元素對不銹鋼的影響

            摘要:鎳元素強化并穩定奧氏體,使得鋼材具有良好的強度、塑性、韌性,同時具有更好的不銹性、耐氧化性能...

            鎳是奧氏體不銹鋼中的主要合金元素,其主要作用是強化并穩定奧氏體,使鋼獲得完全奧氏體組織,從而使鋼具有良好的強度和塑性、韌性的配合,并具有優良的冷熱加工性,同時提高奧氏體不銹鋼的熱力學穩定性,使之不僅比相同鉻、鉬含量的鐵素體、馬氏體等類不銹鋼有更好的不銹性和耐氧化性介質的性能。而且由于表面膜穩定性的提高,從而使鋼還具有更加優異的耐一些還原性介質的性能。

            鎳是強烈并穩定奧氏體且擴大奧氏體相區的元素,為了獲得單一的奧氏體組織,當鋼中含有0.1%碳和18%鉻時所需的超低鎳含量約為8%,這便是超知名18-8鉻鎳奧氏體不銹鋼的基本分。奧氏體不銹鋼中,隨著鎳含量的增加,殘余的鐵素體可完全消除,并顯著降低σ相形成的傾向;同時馬氏體轉烴溫度降低,甚至可不出現λ→M相變,但是鎳含量的增加會降低碳在奧氏體不銹鋼中的溶解度,從而使碳化物析出傾向增強。

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            鎳對奧氏體不銹鋼特別是對鉻鎳奧氏體不銹鋼力學性能的影響,主要是由鎳對奧氏體穩定性的影響來決定,在鋼中可能發生馬氏體轉變的鎳含量范圍內,隨著鎳含量的增加,鋼的強度降低,塑性提高,具有穩定奧氏體組織的鉻鎳奧氏體不銹鋼韌性(包括極低溫韌性)非常優良,因而可作為低溫鋼使用,這是眾所周知的,對于具有穩定奧氏體組織的鉻錳奧氏體不銹鋼,鎳的加入可進一步改善其韌性。

            鎳還可顯著降低奧氏體不銹鋼的冷加工硬化傾向,這主要是由于奧氏體穩定性增大,減少以至消除了冷加工過程中的馬氏體轉變,同時對奧氏體本身的冷加工硬化作用不太明顯,不銹鋼冷加工硬化傾向的影響,鎳降低奧氏體不銹鋼冷加工硬化速率,與降低鋼的室溫及低溫強度,提高塑性的作用,決定了鎳含量的提高有利于奧氏體不銹的冷加工成形性能,提高鎳含量還可減少以至消除18-8和17-14-2型鉻鎳奧氏體不銹鋼中的δ鐵素體,從而提高其熱加工性能,但是,δ鐵素體的減少對這些鋼種的可焊接性不利會增大焊接熱裂紋絲傾向,此外,鎳還可顯著提高鉻錳氮(鉻錳鎳氮)奧氏體不銹鋼的熱加工性能,從而顯著提高鋼的成材率。

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            在奧氏體不銹鋼中,鎳的加入以及隨著鎳含量的提高,導致鋼的熱力學穩定性增加,因此奧氏體不銹鋼具有更好的不銹性和耐氧化性介質的性能,且隨著鎳含量增加,耐還原性介質的性能進一步得到改善。值得指出,鎳還是提高奧氏體不銹耐許多介質穿晶型應力腐蝕的少有重要元素。

            在各種酸介質中,鎳對奧氏體不銹鋼耐蝕性能的影響,需要指出,在高溫高壓水中的一些條件下,鎳含量的提高導致鋼和合金的晶間型應力腐蝕敏感性增加,但是這種不利作用會由于鋼及合金中鉻含量的提高而獲得減輕或受到抑制。隨著奧氏體不銹鋼中鎳含量的提高,其產生晶間腐蝕的臨界碳含量降低,即鋼的晶間腐蝕敏感性增加,至于對奧氏體不銹鋼耐點腐蝕及縫隙腐蝕的性能,鎳的作用并不顯著。

            此外,鎳還提高奧氏體不銹鋼的高溫抗氧化性能,這主要與鎳改善了鉻的氧化膜的成分,結構和性能降低,并且鎳含量越高越有害,這主要是由于鋼中晶界處低熔點硫化鎳所致,一般來說,簡單的鉻鎳(及鉻錳氮)奧氏體不銹鋼僅用于要求不銹性和耐氧化性介質(比如硝酸等)的使用條件下。


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