鎳鉻鋼耐腐蝕性

所有金屬都和大氣中的氧氣進行反應(yīng)，在表面形成氧化膜。不幸的是，在普通碳鋼上形成的氧化鐵繼續(xù)進行氧化，使銹蝕不斷擴大，最終形成孔洞?？梢岳糜推峄蚰脱趸慕饘伲ɡ?，鋅，鎳和鉻）進行電鍍來保證碳鋼表面，但是，正如人們所知道的那樣，這種保護僅是一種薄膜。如果保護層被破壞，下面的鋼便開始銹蝕。不銹鋼的耐腐蝕性取決于鉻，但是因為鉻是鋼的組成部分之一，所以保護方法不盡相同。在鉻的添加量達到10.5%時，鋼的耐大氣腐蝕性能顯著增加，但鉻含量更高時，盡管仍可提高耐腐蝕性，但不明顯。原因是用鉻對鋼進行合金化處理時，把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護表面，防止進一步地氧化。這種氧化層極薄，透過它可以看到鋼表面的自然光澤，使不銹鋼具有獨特的表面。而且，如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會和大氣反應(yīng)進行自我修理，重新形成這種"鈍化膜"，繼續(xù)起保護作用。因此，所有的不銹鋼都具有一種共同的特性，即鉻含量均在10.5%以上。

19世紀初發(fā)明不銹鋼以來，不銹鋼就把現(xiàn)代材料的形象和建筑應(yīng)用中的卓越聲譽集于一身，使其競爭對手羨慕不已。不銹鋼不會產(chǎn)生腐蝕、點蝕、銹蝕或磨損。不銹鋼還是建筑用金屬材料中強度最高的材料之一。由于不銹鋼具有良好的耐腐蝕性，所以它能使結(jié)構(gòu)部件永久地保持工程設(shè)計的完整性。含鉻不銹鋼還集機械強度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可滿足建筑師和結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的需要。

不銹鋼的發(fā)明和使用，要追溯到第一次世界大戰(zhàn)時期。英國科學(xué)家亨利·布雷爾利受英國政府軍部兵工廠委托，研究武器的改進工作。那時，士兵用的步槍槍膛極易磨損，布雷爾利想發(fā)明一種不易磨損的合金鋼。布雷爾利發(fā)明的不銹鋼于1916年取得英國專利權(quán)并開始大量生產(chǎn)，至此，從垃圾堆中偶然發(fā)現(xiàn)的不銹鋼便風(fēng)靡全球，亨利·布雷爾利也被譽為“不銹鋼之父”。第一次世界大戰(zhàn)時，英國在戰(zhàn)場上的槍支，總是因槍膛磨損不能使用而運回后方。軍工生產(chǎn)部門命令布雷爾利研制高強度耐磨合金鋼，專門研究解決槍膛的磨損問題。布雷爾利和其助手搜集了國內(nèi)外生產(chǎn)的各種型號的鋼材，各種不同性質(zhì)的合金鋼，在各種不同性質(zhì)的機械上進行性能實驗，然后選擇出較為適用的鋼材制成槍枝。一天，他們實驗了一種含大量鉻的國產(chǎn)合金鋼，經(jīng)耐磨實驗后，查明這種合金并不耐磨，說明這不能制造槍支，于是，他們記錄下實驗結(jié)果，往墻角一扔了事。幾個月后的一天，一位助手拿著一塊锃光瓦亮的鋼材興沖沖跑來對布雷爾利說：“先生，這是我在清理倉庫時發(fā)現(xiàn)的毛拉先生送來的合金鋼，您是否實驗一下，看它到底有什么特殊作用！”“好！”布雷爾利看著光亮耀眼的鋼材，高興地說。實驗結(jié)果證明：它是一塊不怕酸、堿、鹽的不銹鋼。這種不銹鋼是德國的毛拉在1912年發(fā)明的，然而，毛拉卻并不知道這種不銹鋼有什么用途。布雷爾利心里盤算道：“這種不耐磨卻耐腐蝕的鋼材，不能制槍枝，是否可以做餐具呢？”他說干就干，動手制作了不銹鋼的水果刀、叉、勺、果盤及折疊刀等。

和其它曝露于大氣中的材料一樣，不銹鋼也會臟。在雨水沖刷，人工沖洗和已臟表面之間還存在著一種相互關(guān)系。通過把相同的板條直接放在大氣中和放在有棚的地方確定了雨水沖刷的效果。人工沖洗的效果是通過人工用海綿沾上肥皂水每隔六個月擦洗每塊板條的右邊來確定的。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與放在有棚的地方和不被沖洗的地方的板條相比，通過雨水沖刷和人工擦洗去除表面的灰塵和淤積對表面情況有良好的作用。而且還發(fā)現(xiàn)，表面加工的狀況也有影響，表面平滑的板條比表面粗糙的板條效果要好。因此洗刷的間隔時間受多種因素影響，主要的影響因素是所要求的審美標準。雖然許多不銹鋼幕墻僅僅是在擦玻璃時才進行沖洗，但是，一般來講，用于外部的不銹鋼每年洗刷兩次。

大多數(shù)的使用要求是長期保持建筑物的原有外貌。在確定要不銹鋼產(chǎn)品選用的不銹鋼類型時，主要考慮的是所要求的審美標準、所在地大氣的腐蝕性以及要采用的清理制度。然而，其它應(yīng)用越來越多的只是尋求結(jié)構(gòu)的完整性或不透水性。例如，工業(yè)建筑的屋頂和側(cè)墻。在這些應(yīng)用中，物主的建造成本可能比審美更為重要，表面不很干凈也可以。在干燥的室內(nèi)環(huán)境中使用304不銹鋼效果相當好。但是，在鄉(xiāng)村和城市要想在戶外保持其外觀，就需經(jīng)常進行清洗。在污染嚴重的工業(yè)區(qū)和沿海地區(qū)，表面會非常臟，甚至產(chǎn)生銹蝕。但要獲得戶外環(huán)境中的審美效果，就需采用含鎳不銹鋼。所以，304不銹鋼廣泛用于幕墻、側(cè)墻、屋頂及其它建筑用途，但在侵蝕性嚴重的工或海洋大氣中，最好采用316不銹鋼。有幾種設(shè)計準則中包括了304和316不銹鋼。因為"雙相"不銹鋼2205已把良好的耐大氣腐蝕性能和高抗拉強度及彈限強度融為一體，所以，歐洲準則中也包括了這種鋼。產(chǎn)品形狀，實際上，不銹鋼是以全標準的金屬形狀和尺寸生產(chǎn)制造的，而且還有許多特殊形狀。最常用的產(chǎn)品是用薄板和帶鋼制成的，也用中厚板生產(chǎn)特殊產(chǎn)品，例如，生產(chǎn)熱軋結(jié)構(gòu)型鋼和擠壓結(jié)構(gòu)型鋼。而且還有圓型、橢圓型、方型、矩型和六角型焊管或無縫鋼管及其它形式的產(chǎn)品，包括型材、棒材、線材和鑄件。為了滿足建筑師們美學(xué)的要求，已開發(fā)出了多種不同的商用表面加工。3d打印領(lǐng)域不銹鋼本身具有耐腐蝕性能好，在高溫下不銹鋼仍能保持其優(yōu)良的物理機械性能等特點，在3d打印領(lǐng)域也被廣泛使用。

不論不銹鋼板還是耐熱鋼板，奧氏體型的鋼板的綜合性能最好，既有足夠的強度，又有極好的塑性同時硬度也不高，這也是它們被廣泛采用的原因之一。奧氏體型不銹鋼同絕大多數(shù)的其它金屬材料相似，其抗拉強度、屈服強度和硬度，隨著溫度的降低而提高；塑性則隨著溫度降低而減小。其抗拉強度在溫度15~80°C范圍內(nèi)增長是較為均勻的。更重要的是：隨著溫度的降低，其沖擊韌度減少緩慢，并不存在脆性轉(zhuǎn)變溫度。所以不銹鋼在低溫時能保持足夠的塑性和韌性。不銹鋼的耐熱性能是指高溫下，既有抗氧化或耐氣體介質(zhì)腐蝕的性能即熱穩(wěn)定性。

鎳鉻鋼鉻的影響

鉻是奧氏體不銹鋼中最主要的合金元素，奧氏體不銹鋼的不銹性和耐蝕性的獲得主要是由于在會質(zhì)作用下，鉻促進了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果。○1鉻對組織的影響：在奧氏體不銹鋼中，鉻是強烈形成并穩(wěn)定鐵體的元素，縮小奧氏體區(qū)，隨著鋼中含量增加，奧氏體不銹鋼中可出現(xiàn)鐵素體（δ）組織，研究表明，在鉻鎳奧氏體不銹鋼中，當碳含量為0.1%，鉻含量為18%時，為獲得穩(wěn)定的單一奧氏體組織，所需鎳含量最低，約為8%，就這一點而言，常用的18Cr—8Ni型鉻鎳奧氏體不銹鋼是含鉻，鎳量配比最為適宜的一種。有奧氏體不銹鋼中，隨著鉻含量的增加，一些金屬間相（比如δ相）的形成傾向增大，當鋼中含有鉬時，鉻含含量會增加還會χ相等的形成，如前所述，σ，χ相的析出不僅顯著降低鋼的塑性和韌性，而且在一些條件下還降低鋼的耐蝕性，奧氏體不銹鋼中鉻含量的提高可使馬氏體轉(zhuǎn)烴溫度（Ms）下降，從而提高奧氏體基體的穩(wěn)定性。因此高鉻（比如超過20%）奧氏體不銹鋼即使經(jīng)過冷加工和低溫處理也很難獲得馬氏體組織。

鉻是強碳化物形成元素，在奧氏體不銹鋼中也不例外，奧氏體不銹鋼中常見的鉻碳化物有Cr23C6；當鋼中含有鉬或鉻時，還可見到期Cr6C等碳化物，它們的形成在某些條件下對鋼的性能會產(chǎn)生重要影響?！?鉻對性能的影響：一般來說，只要奧氏體不銹鋼保持完全奧氏體組織而沒有δ鐵素體等的形成，僅提高鋼中鉻含量不會對力學(xué)性能有顯著影響，鉻對奧氏體不銹鋼性能影響最大的是耐蝕性，主要表現(xiàn)為：鉻提高鋼的耐氧化性介質(zhì)和酸性氯化物介質(zhì)的性能；在鎳以及鉬和銅復(fù)合作用下，鉻提高鋼耐一些還原性介質(zhì)，有機酸，尿素和堿介質(zhì)的性能；鉻還提高鋼耐局部腐蝕，比如晶間腐蝕。點腐蝕，縫隙腐蝕以及某此條件下應(yīng)力腐蝕的性能。對奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感性影響最大的因素是鋼中碳含量，其他元素對晶間腐蝕的作用主要視其對碳化物的溶解和沉淀行為的影響而定，在奧氏體不銹鋼中，鉻能增大碳的溶解度而降低鉻的貧化度，因而提高鉻含量對奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕是有益，鉻非常有效地改善奧氏體不銹鋼的耐點腐蝕及縫隙腐蝕性能，當鋼中同時有鉬或鉬及氮存在時，鉻的這種有效性大加強，雖然根據(jù)研究鉬的耐點腐蝕及縫隙腐蝕的能力為鉻的3倍左右，氮為鉻的30倍，但是大量研究，奧氏體不銹鋼中如果沒有鉻或者鉻含量較低，鉬及氮的耐點腐蝕與縫隙腐蝕作用便會喪失或不夠顯著。鉻對奧氏體不銹鋼的耐應(yīng)力腐蝕性能的作用，隨實驗介質(zhì)條件及實際使用環(huán)境而異，在MgCl2沸騰溶液中，鉻的作用一般是有害的，但是在含Cl-和氧的水介質(zhì)，高溫高壓水以及點腐蝕為起源的應(yīng)力腐蝕條件下，提高鋼中鉻含量則對耐應(yīng)力腐蝕有利，同時，鉻還可防止奧氏體不銹鋼及合金中由于鎳含量提高而容易出現(xiàn)的晶間型應(yīng)力腐蝕的傾向，對開裂性（NaOH）應(yīng)力腐蝕，鉻的作用也是有益的，鉻除對奧氏體不銹鋼耐蝕性有重要影響外，還能顯著提高該類鋼的抗氧化，抗硫化和抗融鹽腐蝕等性能。

鎳鉻鋼鎳的影響

1 鎳對組織的影響

鎳是強烈穩(wěn)定奧氏體且擴大奧氏體相區(qū)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%鉻時所需的最低鎳含量約為8%，這便是最著名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(zhuǎn)烴溫度降低，甚至可不出現(xiàn)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。

2 鎳對性能的影響

鎳對奧氏體不銹鋼特別是對鉻鎳奧氏體不銹鋼力學(xué)性能的影響，主要是由鎳對奧氏體穩(wěn)定性的影響來決定，在鋼中可能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的鎳含量范圍內(nèi)，隨著鎳含量的增加，鋼的強度降低而塑性提高，具有穩(wěn)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(yōu)良，因而可作為低溫鋼使用，這是眾所周知的，對于具有穩(wěn)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(wěn)定性增大，減少以至消除了冷加工過程中的馬氏體轉(zhuǎn)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，在奧氏體不銹鋼中，鎳的加入以及隨著鎳含量的提高，導(dǎo)致鋼的熱力學(xué)穩(wěn)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(zhì)的性能，且隨著鎳含量增加，耐還原性介質(zhì)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(zhì)穿晶型應(yīng)力腐蝕的唯一重要元素，在各種酸介質(zhì)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(dǎo)致鋼和合金的晶間型應(yīng)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.隨磁卡奧氏體不銹鋼中鎳含量的提高，其產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(zhì)（比如硝酸等）的使用條件下，鉬作為奧氏體不銹鋼中的重要合金元素加入到鋼中使其使用范圍進一步擴大，鉬的作用主要是提高鋼在還原性介質(zhì) 2100433B

在漿體沖蝕腐蝕工況條件下工作的零部件，諸如漿體泵、管道等，其材料既要承受漿體中固體粒子的沖蝕磨損，又抵抗?jié){體介質(zhì)的腐蝕磨損作用，因此這種雙重作用會導(dǎo)致這些零部件的很快失效報廢。中鉻鋼（Cr4-6%）是一種用于制造該工況條件下零部件的耐磨材料，用中鉻鋼制造的這類零部件在使用過程中常見的失效形式為局部嚴重磨損，甚者會出現(xiàn)局部磨穿而造成漿體泄露。如何提高該類零部件的使用壽命、降低使用成本是材料工作者巫待解決的問題。有關(guān)研究表明，對磨損失效部位進行堆焊預(yù)保護及修復(fù)，是解決該問題有效而又經(jīng)濟的途徑之一，該方法已日益受到人們的重視。

為了能根據(jù)工況條件合理地選用中鉻鋼易磨損件修復(fù)的堆焊材料，需要系統(tǒng)地研究不同堆焊層在不同工況條件下的漿體沖蝕腐蝕磨損行為。

高碳高鉻鋼中由于碳含量和合金元素的含量比較高，基體顯微組織中含有較大數(shù)量的共晶碳化物，與合金半鋼材質(zhì)軋輥比具有較良好的高溫耐磨性，同時由于碳含量相比高鉻鑄鐵低，而具有一定的機械強度，已逐步替代高鉻鑄鐵軋輥和合金半鋼材質(zhì)軋輥，高碳高鉻鋼被廣泛應(yīng)用作精軋前段工作輥、寬中厚板粗軋和精軋工作輥、熱軋帶鋼的連軋機粗軋工作輥、棒材軋機精軋輥和小型型鋼工作輥等軋輥。

高碳高鉻鋼軋輥的應(yīng)用雖然日益廣泛，但是由于高碳高鉻鋼軋輥外層材質(zhì)成分容易偏析，在冷卻凝固過程中高碳高鉻鋼復(fù)合軋輥工作層容易形成粗大的網(wǎng)狀碳化物。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)削弱了高碳高鉻鋼基體的連續(xù)性，使軋輥的沖擊韌性下降，不利于軋輥的綜合力學(xué)性能的提升。由于生產(chǎn)過程中受周期性交變熱應(yīng)力的影響將導(dǎo)致軋輥熱疲勞裂紋的出現(xiàn)，較惡劣的網(wǎng)狀碳化物為微裂紋的擴展提供了途徑，進而造成軋輥輥面剝落，甚至輥身斷裂，導(dǎo)致軋輥不能滿足使用要求，使高碳高鉻鋼復(fù)合鑄造軋輥的應(yīng)用推廣受到限制。

低碳鉻鋼可以用布氏硬度計、或洛氏硬度計B標尺測量。

退火、調(diào)質(zhì)狀態(tài)的中碳鉻鋼可以用布氏硬度計、或洛氏硬度計B、C標尺測量。

淬火狀態(tài)的中碳鉻鋼可以用洛氏硬度計C標尺測量。

高碳鉻鋼可以用洛氏硬度計C標尺測量。

表面滲碳、滲氮處理的鉻鋼，應(yīng)使用表面洛氏硬度計或維氏硬度計測量。

對于大件等工件，還可以采用肖氏硬度計、簡易錘擊布氏硬度計測量。

對于要求無損檢測的，可以使用超聲波檢測和磁飽和檢測。

特殊的大批量工件，可以采用特制機械裝置檢測。比如滾動軸承鋼珠，檢測時從一定高度落下在高硬度的鋼板上，由于鋼板成一定角度，于是硬度高的跳的遠，硬度低的跳的近，硬度適中的跳的距離在中間。然后用各自的收集裝置收集，即實現(xiàn)硬度的測量，分揀。