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铬在不锈钢中的作用及化学特性

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:添加铬后在钢的表面形成一种化学配比为2O3的氧化物。铬的质量分数高于10.5%的钢就被认为在大气环境中是不锈的。而在Fe-Cr-C系或Fe-Cr-Ni-C系合金中增加铬含量将在马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢中促使铁素体的形成和残留。在大多数不锈钢中就是采用M23C6的化学式并默认铬是M中的主要元素。不锈钢中也可能形成Cr7C3型碳化物,虽然这种类型的碳化物不普遍。最常见的是σ相,在Fe-Cr系中这是一种在低于815°C温度下形成的化合物。

铬在不锈钢中的作用及化学特性

添加铬主要是为钢提供耐蚀性。这对于氧化性的环境如含有硝酸的环境特别有效。添加铬后在钢的表面形成一种化学配比为(Fe,Cr)2O3的氧化物。因为铬和氧的亲和力远高于铁;所以铬的存在增加了这种氧化物的稳定性。铬的质量分数高于10.5%的钢就被认为在大气环境中是不锈的。在侵蚀性更强的环境中能稳定的氧化物则要求含有更高的铬含量。

铬也是一种铁素体形成元素。如第2章所述含有w(Cr)大于12%的Fe-Cr系合金是全铁素体的合金。而在Fe-Cr-C系或Fe-Cr-Ni-C系合金中增加铬含量将在马氏体不锈钢奥氏体不锈钢和双相不锈钢中促使铁素体的形成和残留。在铁素体系合金钢中铬是稳定铁素体组织的主要合金元素。

铬也是一种很强的碳化物生成元素。最普通的富铬碳化物是M23C6。其中M主要是铬,但有时也会出现一部分铁和钼。在大多数不锈钢中就是采用M23C6化学式并默认铬是M中的主要元素。实际上在所有不锈钢中都发现有这种碳化物。不锈钢中也可能形成Cr7C3型碳化物,虽然这种类型的碳化物不普遍。其他的复合碳化物和碳氮化物[M23(CN)6]也可能形成[1]。铬也可以和氮形成氮化物,最普遍的是Cr2N,在铁素体型不锈钢和双相不锈钢中都观察到这种氮化物。(www.xing528.com)

铬也是形成金属间化合物的一种重要成分,而金属间化合物有使不锈钢脆化的倾向。最常见的是σ相,在Fe-Cr系中这是一种在低于815°C(1500°F)温度下形成的(Fe,Cr)化合物。实际上σ相可在任何一种不锈钢中形成,但是在高铬奥氏体、铁素体和双相不锈钢中最为普遍。铬也存在于χ相和Laves相金属间化合物中。这些将在后面与特种的合金系相关的章节中讨论。

由于铬在体心立方(BCC)和面心立方(FCC)晶格中都可作为置换原子,因而从力学性能的观点看铬在一定程度上可起固溶强化作用。然而在铁素体合金钢中,特别是当钢中有碳和氮存在时,高的铬含量会使韧性和塑性变得很差。高铬铁素体类钢必须精心地处理或者是把碳和氮含量降得很低,以便在焊接后得到合格的力学性能,这将在第5章中详细讨论。

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