Как легирующий элемент влияет на нержавеющую сталь?

Химический состав оказывает большое влияние на микроструктуру, механические свойства, физические свойства и коррозионную стойкость стали. Хром, молибден, никель и другие легирующие элементы могут заменить вершину Угол аустенитной решетки, а центр шести сторон куба, железо, углерод и азот расположены в зазоре между атомами решетки (положение зазора) из-за небольшого объема , производят огромные напряжения в решетке, поэтому становятся эффективными упрочняющими элементами. Различные легирующие элементы по-разному влияют на свойства стали, иногда благотворно, а иногда вредно. Основные легирующие элементы аустенитной нержавеющей стали обладают следующими свойствами:

 

Cr

Хром - это легирующий элемент, который делает нержавеющую сталь «свободной от ржавчины». Для образования поверхностной пассивирующей пленки, характерной для нержавеющей стали, требуется не менее 10.5% хрома. Пассивирующая пленка может сделать нержавеющую сталь эффективно противостоять коррозионной воде, различным кислотным растворам и даже сильному окислению при высокотемпературной газовой коррозии. Когда содержание хрома превышает 10.5%, коррозионная стойкость нержавеющей стали повышается. Содержание хрома в 304 нержавеющая сталь составляет 18%, а некоторые высококачественные аустенитные нержавеющие стали имеют содержание хрома от 20% до 28%.

 

Ni

Никель может образовывать и стабилизировать аустенитную фазу. 8% Ni делает нержавеющая сталь 304, придавая ему механические свойства, прочность и ударную вязкость, необходимые для аустенита. Высокопроизводительные аустенитные нержавеющие стали содержат высокие концентрации хрома и молибдена, и никель добавляется для сохранения аустенитной структуры, когда в сталь добавляется больше хрома или других ферритообразующих элементов. Структура аустенита может быть гарантирована за счет содержания никеля около 20%, а стойкость нержавеющей стали к коррозионному разрушению под напряжением может быть значительно улучшена.

Никель также может снизить скорость наклепа во время холодной деформации, поэтому сплавы, используемые для глубокой вытяжки, прядения и холодной высадки, обычно имеют высокое содержание никеля.

 

Mo

Молибден улучшает стойкость нержавеющей стали к точечной и щелевой коррозии в хлоридной среде. Комбинация молибдена и хрома, особенно азота, обеспечивает высокую стойкость аустенитной нержавеющей стали к точечной и щелевой коррозии. Мо может также улучшить коррозионную стойкость нержавеющей стали в восстановительной среде, такой как соляная кислота и разбавленная серная кислота. Минимальное содержание молибдена в аустенитной нержавеющей стали составляет около 2%, например в нержавеющей стали 316. Высокопроизводительные аустенитные нержавеющие стали с самым высоким содержанием легирующих элементов содержат до 7.5% молибдена. Молибден способствует образованию фазы феррита и влияет на фазовое равновесие. Он участвует в образовании нескольких вредных вторичных фаз и образует нестабильные высокотемпературные оксиды, отрицательно влияет на стойкость к высокотемпературному окислению, необходимо учитывать использование молибденсодержащей нержавеющей стали.

 

C

Углерод стабилизирует и укрепляет аустенитную фазу. Углерод является полезным элементом для нержавеющей стали, используемой в высокотемпературных средах, таких как котельные трубы, но в некоторых случаях может отрицательно сказаться на коррозионной стойкости. Содержание углерода в большинстве аустенитных нержавеющих сталей обычно ограничивается минимально возможным уровнем. Содержание углерода сварочных марок (304L, 201L и 316L) ограничено 0.030%. Содержание углерода в некоторых высоколегированных марках с высокими эксплуатационными характеристиками даже ограничивается 0.020%.

 

N

Азот стабилизирует и усиливает аустенитную фазу, а также замедляет сенсибилизацию карбида и образование вторичной фазы. Как стандартные аустенитные нержавеющие стали, так и высокоэффективные аустенитные нержавеющие стали содержат азот. В марке с низким содержанием углерода (L) небольшое количество азота (до 0.1%) может компенсировать потерю прочности из-за низкого содержания углерода. Азот также помогает повысить стойкость к точечной коррозии хлоридом и щелевой коррозии, поэтому в некоторых из лучших коррозионно-стойких высокопроизводительных аустенитных нержавеющих сталей содержание азота достигает 0.5%.

 

Mn

Сталелитейные заводы используют марганец для раскисления расплавленной стали, поэтому небольшое количество марганца остается во всей нержавеющей стали. Марганец также может стабилизировать аустенитную фазу и улучшить растворимость азота в нержавеющей стали. Следовательно, в нержавеющей стали серии 200 марганец может использоваться для замены части никеля для увеличения содержания азота, повышения прочности и коррозионной стойкости. Для достижения того же эффекта в некоторые высококачественные аустенитные нержавеющие стали добавляют марганец.

 

Cu

Медь может улучшить коррозионную стойкость нержавеющей стали в восстанавливающих кислотах, таких как некоторые смешанные растворы серной и фосфорной кислоты.

 

Si

В общем, кремний является полезным элементом в аустенитной нержавеющей стали, поскольку он может улучшить коррозионную стойкость стали в концентрированной кислоте и в средах с высоким уровнем окисления. Сообщается, что UNS S30600 и другие специальные нержавеющие стали с высоким содержанием кремния обладают высокой стойкостью к точечной коррозии. Кремний, как и марганец, также можно использовать для раскисления расплавленной стали, поэтому в стали всегда остаются небольшие оксидные включения, содержащие кремний, марганец и другие раскисляющие элементы. Но слишком много вкраплений скажется на качестве поверхности изделия.

 

Nb и Ti

Эти два элемента являются прочными карбидообразующими элементами и могут использоваться вместо марок с низким содержанием углерода для уменьшения сенсибилизации. Карбид ниобия и карбид титана могут улучшить жаропрочность. 347 и нержавеющая сталь 321, содержащая Nb и Ti, обычно используется в котлах и рафинировочном оборудовании для удовлетворения требований к высокотемпературной прочности и свариваемости. Они также используются в некоторых процессах раскисления в качестве остаточных элементов в высокоэффективных аустенитных нержавеющих сталях.

 

S и P

Сера хороша и плоха для нержавеющей стали. Это может улучшить производительность обработки, вред заключается в снижении термической обрабатываемости, увеличении количества включений сульфида марганца, что приводит к снижению стойкости к точечной коррозии нержавеющей стали. Высококачественную аустенитную нержавеющую сталь нелегко нагреть, поэтому содержание серы следует контролировать на самом низком уровне, насколько это возможно, около 0.001%. Сера обычно не добавляется в качестве легирующего элемента к высококачественным аустенитным нержавеющим сталям. Однако содержание серы в стандартной нержавеющей стали часто бывает высоким (0.005% ~ 0.017%), чтобы улучшить глубину проплавления при сварке самоплавлением и улучшить характеристики резки.

Фосфор является вредным элементом и может отрицательно повлиять на свойства горячей обработки ковки и горячей прокатки. В процессе охлаждения после сварки это также будет способствовать возникновению термического растрескивания. Поэтому содержание фосфора следует контролировать на минимальном уровне.