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铁素体不锈钢的合金化应用

发布日期:2017-04-08 08:00:34
铁素体(ferrite)不锈钢(不锈耐酸钢)合金化的主要目的

铁素体不锈钢的合金化应用

  铁素体不锈钢合金化的目的可以归结为4点:
  (1)改善耐蚀性;
  (2)提高强韧性;
  (3)改善抗氧(Oxygen)化性;
  (4)改善机加工性。
  众所周知,不锈钢的耐蚀性是由于一种相当薄的表面氧化膜(不导电),在钢和使用环境之间提供了一种物理势垒(阻挡层)使合金趋于钝化状态。不锈钢管型材分为普通碳素钢管、优质碳素结构钢管、合金结构管、合金钢管、轴承钢管、不锈钢管以及为节省贵重金属和满足特殊要求的双金属复合管、镀层和涂层管等。不锈钢管的种类繁多,用途不同,其技术要求各异,生产方法亦有所不同。当前生产的钢管外径范围0.1—4500mm、壁厚范围0.01~250mm。为区分其特点,通常按如下的方法对钢管进行分类。所以提高耐蚀性的关键(解释:比喻事物的重要组成部分)在于促使钢的表面形成一种连续(Continuity)的(不因沉淀物、夹杂物或第二相的存在而间断)、稳定的(不因强侵蚀环境而击穿或由于缺陷的存在而丧失)、易修复的(被击穿或机械破坏后能自行修复)氧化膜这是铁素体乃至于全部不锈钢合金化的主要出发点。
  铁素体不锈钢的合金元素作用
  铬(Chromium)是氧化膜的主要成分,有助于形成更稳定的氧化膜,同时又是稳定铁素体的主要
  元素,也是导致新型铁素体不锈钢不断发展的一个重要元素。不锈钢钢管是一种中空的长条圆形钢材,主要广泛用于石油、化工、医疗、食品、轻工、机械仪表等工业输送管道以及机械结构部件等。
  钼(molybdenum):能显著增加钝化膜的稳定性(The stability of),在苛刻的侵蚀性环境中防止钝化膜被局部(part)击穿。点蚀电位、临界点蚀温度(CPT)、临界缝隙腐蚀温度(CCT)都随钼含量的增加而提高。钼对提高局部腐蚀抗力的效力约为铬的3.3倍。铬和钼对耐氯化物溶液腐蚀性能的综合影响可用点蚀指数(PI)来表示如下[7]:PI=%Cr+3.3×%Mo。铁索体不锈钢的强韧性主要通过铬和钼的固溶强化来达到。
  硅和铝(Al):提高合金的高温抗氧化(抗氧化自由基)性。不锈钢管有装饰管和工业管之分、装饰管里外光亮、适合装饰用、如医药仪器、酒厂管道、水管等、工业管主要用在大型的储蓄罐、输送管等。
  铜:有助于增加不锈钢在还原性环境中的表面钝性,如在还原酸环境中。不锈钢是含有Cr、Al的耐热、耐氧化型镍基合金,高温强度大,具有优良的耐氧化性、耐渗碳性、耐渗硫性。特别是在温度变化剧烈、反复氧化的环境下具有优异的耐氧化皮剥离性,因此,被广泛应用于各种热处理炉构件、柴油汽车电热塞部件、锅炉等。
  碳(C)和氮:在铁索体不锈钢中.间隙元索碳和氮的含量是非常关键的。碳化铬的沉淀可能(maybe)导致敏化;碳氮化物(nitride)沉淀可能导致高温脆性,(C+N)总量较高时(>200ppm)可使大截面尺寸材料的廷性一脆性转变温度(DBTT)升高到室温以上,把(C+N)总量降低到
  150ppm以下,使大截面尺寸材料在室温下仍呈韧性状态。
  镍:降低铁索体不锈钢的应力腐蚀抗力,但是,在不台硫化物的环境中改善全面腐蚀
  抗力。不锈钢管型材分为普通碳素钢管、优质碳素结构钢管、合金结构管、合金钢管、轴承钢管、不锈钢管以及为节省贵重金属和满足特殊要求的双金属复合管、镀层和涂层管等。不锈钢管的种类繁多,用途不同,其技术要求各异,生产方法亦有所不同。当前生产的钢管外径范围0.1—4500mm、壁厚范围0.01~250mm。为区分其特点,通常按如下的方法对钢管进行分类。
  硫:趋向(tend to)形成硫化物夹杂,尤其是锰(manganese)存在时。硫化锰夹杂在钝化氧化层中产生一个脆弱的区域。在酸性溶液中形成侵蚀性的硫化氢(H2S)气体或形成促进腐蚀的接触电池而使耐蚀性下降。所以,在超级铁索体不锈钢中硫含量控制在0.01以下。
  钛(Ti)和铌(niobium):是碳和氮的稳定化元素.也是一种稳定铁索体的元素。众所周知,碳和氮在α―铁索体中的固溶度远小于γ―固溶体,易在晶界富集导致敏化;同时,焊缝强度(strength)随碳氮含量的增加而增加,但是,当(C+N)>0.01时,焊缝延性下降;当(C+N)>0.03时,焊缝廷性严重下降。因此,需要降低碳(Low carbon)和氮的有效含量。其方法之一是加钛和(或)铌稳定化[8],对碳含量为0.01~0.02的钢,稳定化所需的最低钛含量为Ti=0.15+3.7(C+N),铌的需要量接近化学计算式:Nb=7(C+N)。在钛和铌联合加入时,Nb+Ti=0.2+4(C+N)。但是,最佳含量仍需进一步研究。因为过量的稳定剂也会使DBTT升高。


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