常用高合金钢中各元素对其性能的影响

2022-09-27

压力管道中常用的高合金钢为含碳量小于0.10％的铬钼、铬镍、铬镍钼耐热钢和不锈钢。

高合金钢中，主要影响元素：碳(C)、铬(Cr)、钼(Mo)、镍(Ni)、钛(TI)、硅(Si)等；

杂质元素：硫(S)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等。

a碳(C)在高合金钢中的作用

碳也是高合金钢中的强化元素，但不是主要强化元素，此时的强化元素主要是合金元素。为了满足高合金钢的塑性、韧性、耐蚀性和焊接性能的要求，它的含碳量一般不大于0.1%。

对于铬镍或铬镍钼奥氏体不锈钢，它的含碳量一般不大于0.08%。当其含碳量小于等于0.03%时，由于含碳量较低，高温强度也较低，故不宜用于525℃及以上的温度环境中。作为高温下耐热用的高合金钢，其含碳量应大于等于0.04％，但此时奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀性能下降。

b钼在高合金钢中的作用

与在低合金钢中的作用相似。

c镍(Ni)在高合金钢中的作用

它是奥氏体不锈钢中的主加元素。

镍和碳不形成碳化物，它是形成和稳定奥氏体的主要合金元素。镍与铁以互溶的形式存在于钢中的α相和γ相中，使之强化。

1) 镍能细化铁素体晶粒，改善钢的低温性能。

◆含镍量超过一定值的碳钢，其低温脆化转变温度显著降低，而低温冲击韧性显著提高，因此镍钢常用作低温材料。一般情况下，含镍达到3.5%的镍钢可以在-100℃低温下使用；含镍达到9%的镍钢可在－196℃超低温下使用。含镍的低合金钢还有较高的抗腐蚀疲劳性能。这就是低温钢基本都含Mn或Ni的原因。

2) 镍是有一定抗腐蚀能力的元素，对酸、碱、盐以及大气均具抗蚀能力

◆镍钢不宜在含硫或一氧化碳的气氛中加热，因为镍易与硫化合，在晶界上形成低熔点的NiS网状组织而产生热脆。在高温时镍将与一氧化碳化合形成Ni(CO)4气体而由合金中逸出，从而在材料中留下孔洞。

3）在奥氏体热强钢中，镍的作用只是使钢奥氏体化。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢中的强化元素。钢的强度必须靠其它元素如钼、钨、钒、铁、铝来提高。

d 钛(Ti)在高合金钢中的作用

钛是最强的碳化物形成元素，与氮、氧的亲合力也极强，是良好的脱气剂和固定氮、碳的有效元素，正因为这样，含钛的高合金钢不宜用作铸件（这就是321无法制作成铸件的原因）。

1）由于钛能固定碳，有防止和减轻材料晶间腐蚀和应力腐蚀的作用。

2）钛能提高耐热钢的抗氧化性和热强性。

e硅(Si)在高合金钢中的作用

1）各种奥氏体不锈钢中加入约2%的硅，可增强它们的高温不起皮性。

2）在铬、铬铝、铬镍、等钢中加入硅，都将提高它们的高温抗氧化性。