镍对奥氏体不锈钢组织和性能的影响

2022-11-14

镍在奥氏体不锈钢中的主要作用是形成并稳定奥氏体以获得完全的奥氏体组织，从而使钢具有良好的强度与塑性、韧性的配合和一系列优良的工艺性能。

镍是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素，奥氏体不锈钢中随着镍含量的增加，残余铁素体可以完全消除，并显著降低σ相形成的倾向（图3)。镍明显降低Ms点，甚至可不出现 γ→M 相变。

图3 镍对 022Cr25Ni25Si2V2Nb 钢σ相析出量的影响

镍对奥氏体不锈钢力学性能的影响主要决定于镍对奥氏体稳定性的影响。在钢中能发生马氏体转变的镍含量范围内，随镍含量的增加，由于马氏体量的减少，钢的强度降低而塑性提高。

具有稳定奥氏体组织的铬镍奥氏体不锈钢具有非常优良的韧性，包括极低温韧性，因而可做低温钢使用。

对于具有稳定奥氏体组织的铬锰氮奥氏体不锈钢，镍的加入可以进一步改善其低温韧性，如图 4所示。

图4 镍含量对 18Cr-15Mn-0.4N钢低温（-196℃）冲击功的影响

镍可显著降低奥氏体不锈钢的冷加工硬化倾向。这主要是由于镍增大了奥氏体的稳定性，减少以至消除了冷加工过程中的马氏体转变，而镍对奥氏体本身的冷加工硬化作用不明显。镍提高奥氏体不锈钢的钝化倾向和热力学稳定性，因而提高合金的耐均匀腐蚀性能和耐氧化性介质的性能；随着镍含量的增加，耐还原性介质的性能进一步得到改善。在奥氏体不锈钢中，镍是提高其在一些介质中耐穿晶型应力腐蚀的唯一重要元素。镍含量的增加能降低碳在奥氏体钢中的溶解度，使碳化物的析出倾向增强，其产生晶间腐蚀的临界碳含量降低，即晶间腐蚀的敏感性增加。为获得良好的耐晶间腐蚀性能，须将钢中碳含量降至更低水平。图 5为铬镍奥氏体钢产生晶间腐蚀的铬、镍含量与临界碳含量的关系，证实了铬的有益作用和镍的有害作用。至于对奥氏体不锈钢耐点蚀的缝隙腐蚀的性能，镍的作用不显著。

图5铬镍奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的铬、镍含与临界碳含量的关系