镍在不锈钢中的作用.doc

镍在不锈钢中的作用 首先，镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的。 镍是优良的耐腐蚀材料， 也是合金钢的重要合金化元素。 镍是在钢中是形成奥氏体相的 元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到 24；而只有含镍 27时才使钢在 某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。 所以镍不能单独构成不锈钢。 但是镍与铬同时存在于不 锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。基于上面的情况可知，镍作为合金元素在 不锈钢中的作用， 在于它使高铬钢的组织发生变化， 从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能 获得某些改善。 镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。 在不锈钢中增加镍的一个主要原 因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等属性，所以镍被称为 奥氏体形成元素。普通碳钢的晶体结构称为铁氧体（-Fe），呈体心立方(BCC)结构。加入 镍后促使晶体结构从体心立方(BCC) 结构转变为面心立方(FCC)结构，这种结构被称为奥 氏体（-Fe）。然而，镍并不是唯一具有此种性质的元素。常见的奥氏体形成元素主要有： 镍、碳、氮、锰、铜。这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构 具有重要意义。目前，人们已经研究出很多公式来表述奥氏体形成元素的相对重要性，最著 名是下面公式： 奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu% 从这个等式可以看出：碳是一种较强的奥氏体形成元素，其形成奥氏体的能力是镍的 30 倍，但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中，因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的 晶间腐蚀问题。氮元素形成奥氏体的能力也是镍的 30 倍，但是它是气体，想要不造成多孔 性的问题， 只能在不锈钢中添加数量有限的氮。 添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少 和焊接的问题。 从镍等式中还可以看出， 添加锰对于形成奥氏体并不非常有效， 但是添加锰可以使更多 的氮溶解到不锈钢中，而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。在 200 系列的不锈钢中，正 是用足够的锰和氮代替镍形成 100%的奥氏体结构。镍的含量越低，所需要加入的锰和氮数 量就越高。例如在 201 型不锈钢中，只含有 4.5%的镍，同时含有 0.25%的氮。由镍等式可 知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于 7.5%的镍，所以同样可以形成 100%奥氏体结构。这 也是 200 系列不锈钢的形成原理。 在有些不符合标准的 200 系列不锈钢中， 由于不能加入足 够数量的锰和氮，为了形成 100%的奥氏体结构，人为的减少了铬的加入量，这必然导致了 不锈钢抗腐蚀能力的下降。 在不锈钢中，有两种相反的力量同时作用：铁素体形成元素不断形成铁素体，奥氏体形 成元素不断形成奥氏体。 最终的晶体结构取决于两类添加元素的相对数量。 铬是一种铁素体 形成元素， 所以铬在不锈钢晶体结构的形成上和奥氏体形成元素之间是一种竞争关系。 因为 铁和铬都是铁素体形成元素，所以 400 系列不锈钢是完全铁素体不锈钢，具有磁性。在把奥氏体形成元素-镍加入到铁-铬不锈钢的过程中， 随着镍成分增加， 形成的奥氏体也会逐渐增 加，直至所有的铁素体结构都被转变为奥氏体结构，这样就形成了 300 系列不锈钢。如果仅 添加一半数量的镍，就会形成 50%的铁素体和 50%的奥氏体，这种结构被称为双相不锈钢。 400 系列不锈钢是一种铁、碳合铬的合金。这种不锈钢具有马氏体结构和铁元素，因此 具有正常的磁特性。400 系列不锈钢具有很强的抗高温氧化能力，而且与碳钢相比，其物理 特性和机械特性都有进一步的改善。大多数 400 系列不锈钢都可以进行热处理。 300 系列不锈钢是一种含有铁、 碳、 镍和铬的合金材料， 一种无磁性不锈钢材料， 400 比 系列不锈钢具有更好的可锻特性。 由于