合金元素对铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响
第一作者简介：刘继明，男，１９７６年生，１９９８年参加长治钢铁（集团）有限公司负责全公司连铸坯质量管理工作，助理工程师，现为西安建筑科技大学钢铁冶金专业研究生。邮编：７１００５５。
文章编号：１６７２－１１５２
（２００５）０４－０００９－０４收稿日期：２００５－０９－２６
合金元素对铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响
西安建筑科技大学
刘继明梁建宇
摘
要
通过研究Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｂ等合金元素对铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响，表明了在一定腐蚀剂条件下
Ｃｕ、Ｍｏ能提高铁素体不锈钢的抗点腐蚀性能，Ｎｂ可以提高铁素体不锈钢的抗晶间腐蚀和抗大气腐蚀的性能，
为开发新的铁素体不锈钢钢种提供科学依据。关键词
合金元素（Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｂ）
铁素体不锈钢抗腐蚀性
中图分类号：ＴＧ１１３．２３＋１
文献标识码：Ａ
不锈钢是重要的耐蚀结构材料，广泛应用于国民经济和国防建设中，是核能、化工、石油、轻工、纺织、航空、航天、汽车、火力和水力发电、海洋开发等工业部门所需材料，尤其是铁素体不锈钢，具有良好的抗腐蚀性能。与奥氏体不锈钢相比较，铁素体不锈钢的成本较低，因此铁素体不锈钢的应用范围在不断扩大。据国内不锈钢专家分析，奥氏体不锈钢中有
４０％￣５０％可用价廉物美的铁素体不锈钢所取代［１］。
据报道，国外铁素体∶奥氏体为４∶６，而我国仅为１∶９，
所以我国铁素体不锈钢有很大的发展前景。
１
Ｃｕ对铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响
关于Ｃｕ对不锈钢的腐蚀性能的影响，已有不少研究。普遍认为Ｃｕ能提高不锈钢抗全面腐蚀能力是由于沉淀Ｃｕ附在钢的腐蚀表面抑
制了阳极溶解，而达到抗腐蚀的效果，但是对铁素体不锈钢抗局部腐蚀还有待于
研究。下面分别以２２Ｃｒ－０．５Ｎｂ和１８Ｃｒ－
２Ｍｏ铁素体不锈钢加Ｃｕ来说明Ｃｕ对铁
素体不锈钢抗腐蚀性能的影响。
１．１Ｃｕ对２２Ｃｒ－０．５Ｎｂ铁素体不锈钢抗腐蚀性影响［２］
表１是实验试样的成分表，试样分别在８０℃的
０．１ＭＨ２ＳＯ４溶液
（０．１ＭＨ２ＳＯ４溶液指浓度为０．１ｍｏｌ／Ｌ的Ｈ２ＳＯ４溶液，以下相同）、３５℃的０．３７ＭＦｅＣｌ３＋０．０５ＭＨＣｌ溶液、８０℃的１．２ＭＮａＣｌ＋０．３ＭＨ２Ｏ２溶液中腐蚀２４ｈ，然后测量腐蚀率。
实验结果见下页图１，可以看出不管在哪种溶液中加Ｃｕ对铁素体不锈钢抗局部腐蚀都是有利的，因为Ｃｕ的加入铁素体不锈钢溶解Ｃｕ沉淀在点腐蚀上，抑制了阳极溶解。但是从图１中也可以看出在含Ｃｌ－的溶液中Ｃｕ对铁素体不锈钢的抗腐蚀性能提高不太明显，特别是含Ｆｅ３＋的溶液，其抗腐蚀性能
ＥｆｆｅｃｔｏｆＡｌｌｏｙｉｎｇＥｌｅｍｅｎｔｓｏｎＣｏｒｒｏｓｉｏｎＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆ
ＦｅｒｒｉｔｉｃＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌ
Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬＩＵＪｉｍｉｎｇ
ＬＩＡＮＧＪｉａｎｙｕ
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｌｌｏｙｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔａｎｄｓｏｏｎｔｈｅＣｕ、Ｍｏ、Ｎｂｉｎｆｅｒｒｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｄｉｃａｔｓｔｈａｔＣｕ、Ｍｏｃａｎｅｎｈａｎｃｅａｎｔｉ－ｐｉｔｔｉｎｇｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｎｔｈｅｆｅｒｒｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｕｎｄｅｒｔｈｅｃｅｒｔａｉｎｃｏｒｒｏｓｉｖｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｔｈａｔＮｂｍａｙｅｎｈａｎｃｅｔｈｅａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｍｔｉａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｎｔｈｅｆｅｒｒｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ．Ｔｈｅｓｅｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓｆｏｒｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｈｅｎｅｗｔｙｐｅｆｅｒｒｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ．
ＫｅｙＷｏｒｄｓａｌｌｏｙｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓ
（Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｂ），ｆｅｒｒｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅＦ１Ｆ２
（Ｃ）
０．０３３０．０３１
（Ｓｉ）
０．３４０．３１
（Ｍｎ）
０．１６０．１５
（Ｐ）
０．０２６０．０２８（Ｓ）
０．００５０．００６
（Ｃｒ）
２２．６２２．２
（Ｎｉ）
０．２００．２１
（Ｃｕ）
－０．５５
（Ｎｂ）
０．５５０．５３
（Ｎ）
０．０１４０．０１４
标号
ｗ／％
表１２２Ｃｒ－０．５Ｎｂ铁素体不锈钢成分
山西冶金
ＳＨＡＮＸＩＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
总第１００期２００５年第４期
Ｔｏｔａｌ１００
Ｎｏ．４，２００５
标号
Ｒ１Ｒ２
（Ｓｉ）
０．０１０．０１
（Ｍｎ）
０．０１０．０１
（Ｐ）
０．００２０．００２（Ｓ）
０．０００４０．０００３（Ｃｕ）
０．０１０．０１
（Ｃｒ）
１８．１６１７．９９
（Ｎｉ）
０．０１０．０１
（Ｍｏ）
２．０５５．１２
（Ａｌ）０．０１０．０１
ｗ／％
表２
ｗ
（Ｆｅ）－１８％，ｗ（Ｃｒ）－ｘ％Ｍｏ铁素体不锈钢成分总体比较差，这是由于发生了阳极反应：Ｆｅ３＋＋ｅ＝Ｆｅ２＋的原因，这也证实了不锈钢在含Ｆｅ３＋的盐酸中所遭受的腐蚀比在纯盐酸中要更严重这一现象［３］。
１．２Ｃｕ对１８Ｃｒ－２Ｍｏ铁素体不锈钢抗局部腐蚀性
能的影响
文献［４］中也指出：在１８Ｃｒ－２Ｍｏ铁素体不锈钢
中添加０．５５％的Ｃｕ在整个ｐＨ范围内，尤其在酸性介质中能提高抗点蚀性能。这是由于在铁素体不锈
钢溶解过程中Ｃｕ２－在表面的再次还原富集引起的。这种铁素体不锈钢表面Ｃｕ的富集可使活化峰的临界电流密度变小，也就是降低了铁素体不锈钢的活性溶解度，从而达到抗腐蚀作用。
１．３小结
（１）铁素体不锈钢中加Ｃｕ可以提高铁素体不
锈钢抗点腐蚀能力；
（２）铁素体不锈钢中加Ｃｕ对含Ｃｌ－的腐蚀溶液影响不大，特别是在含有Ｆｅ３＋的溶液，其抗腐蚀性能总体比较差。
（３）为了提高铁素体不锈钢的抗腐蚀性，加Ｃｕ便利ｗ（Ｃｕ）以０．５５％左右为宜。
２Ｍｏ对铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响
文献［５］指出：高纯（ｗ（Ｃｒ）为１６％￣３０％）的铁素体不锈钢常含有１％￣４％的
Ｍｏ，以改善其耐非氧化性介质、
点蚀和缝隙腐蚀等性能，对晶间腐蚀还起到一定的延迟敏化作用，其它有关文献也证实了铁
素体不锈钢中的Ｍｏ在含Ｃｌ－的溶液中可以提高抗点蚀和缝隙腐蚀。下面以Ｆｅ—ｗ（Ｃｒ）为１８％—ｗ（Ｍｏ）为ｘ％为例说明Ｍｏ对铁素体不锈钢抗点蚀性能的影响，以及Ｍｏ对超纯铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响。
２．１
Ｍｏ对铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响［６］
表２是实验试样的成分表。试样在试剂为１Ｍ的ＬｉＢｒ和ＬｉＣｌ的水溶液中腐蚀。实验测量结果如图２。可以看出点蚀电势随Ｍｏ含量的增加而增大，这说明了铁素体不锈钢中Ｍｏ对点蚀有抑制作用，而且Ｍｏ对含Ｃｌ－比Ｂｒ－１的影响更大。
２．２Ｍｏ对超纯铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响［７］
试样成分见表３。
试验腐蚀用挂片法，腐蚀速度用矢量法测量。腐蚀条件见下页表４。
试验的腐蚀速度及耐蚀性评级见下页表５。可以看出含Ｍｏ超纯铁素体不锈钢在碱性溶液中抗腐蚀性能很高。从成分上来分析，之所以这些超纯铁素体不锈钢有这样高的抗腐蚀性能除了与Ｃｒ含量有关外还与Ｍｏ含量有关，总体来说平均腐蚀速度随Ｍｏ含量的增加而降低。
也就是说超纯铁素体不锈钢腐蚀率／（ｇ?ｍ－２?ｈ－１）
１０２
１０１
１００
１０－１
０．３７ＭＦｅＣｌ３＋０．０５ＭＨＣｌ
３５℃
０．１ＭＨ２ＳＯ４
８０℃
１．２ＭＮａＣｌ＋０．３ＭＨ２Ｏ２
８０℃
０．２
０．４０．６０．８
ｗ
（Ｃｕ）／％图１含Ｃｕ的２２Ｃｒ－０．５Ｎｂ铁素体
不锈钢在不同溶液中的腐蚀率
０
２４６８１０１２
１０００
５００
０
１ＭＬｉＣｌ
１ＭＬｉＢｒ
点蚀电势／（ｍＶ?ｓ－１）（ＳＣＥ）
图２
在Ｆｅ—ｗ（Ｃｒ）为１８％—ｗ（Ｍｏ）为ｘ％铁素体不锈钢中Ｍｏ含量对点蚀电势的影响
标号
０００Ｃｒ２６Ｍｏ０００Ｃｒ３０Ｍｏ２（Ｃ）
０．００２１０．００８０（Ｓｉ）
０．３４０．２４
（Ｍｎ）
０．０３０．０３
（Ｓ）
０．０１５０．０１３（Ｐ）
０．０１２０．０３０（Ｃｒ）
２５．９７２９．３６（Ｍｏ）１．０５１．８８（Ｎｉ）
０．２０．２
（Ｎ）
０．００８０．００７
（Ｏ）
１７×１０－６３０×１０－６
（Ｈ）—０．９×１０－６
ｗ／％
表３
试样成分
?１０
?２００５年第４期
（Ｃ）０．０１
（Ｓｉ）
０．２１
（Ｍｎ）
０．２０
（Ｃｒ）
２２．１
（Ｍｏ）
１．２３
（Ｎｂ）
０．２５
（Ｔｉ）
０．１９
（Ａｌ）
０．０８
（Ｎ）
０．０１
ｗ／％
表６耐大气腐蚀ｗ（Ｃｒ）为２２％－ｗ（Ｍｏ）为１．２％
的铁素体不锈钢的成分
试验条件
二效（ρ／（ｇ?Ｌ－１））
ｗ／％
三效（ρ／（ｇ?Ｌ－１））
ｗ／％
的抗腐蚀性能随Ｍｏ含量的增加而提高。
２．３小结
（１）铁素体不锈钢中加Ｍｏ可以提高其点蚀电势，从而提高抗点蚀性能。
（２）铁素体不锈钢的抗腐蚀性能随着Ｍｏ含量的增加而提高。
（３）铁素体不锈钢中含Ｍｏ对抗含Ｃｌ－的腐蚀更显著，而且ｗ（Ｍｏ）在５％之内随其含量的增加抗Ｃｌ－腐蚀显著提高。
３Ｎｂ对铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响
铁素体不锈钢中加Ｎｂ可以防止晶间腐蚀［８，９］，下面以ｗ（Ｃｒ）为１２％的铁素体不锈钢和ｗ（Ｃｒ）为２２％的铁素体不锈钢为例，来说明Ｎｂ对铁素体不锈钢的腐蚀性能的影响。
３．１Ｎｂ对ｗ（Ｃｒ）为１２％的铁素体不锈钢抗腐蚀性能的影响
４０１Ｌ和４０９铁素体不锈钢在ＮＯＸ、ＳＯＸ和ＨＣ等废气下，当废气温度在４００℃￣５００℃时析出碳化铬，导致晶界贫铬，随后产生晶间腐蚀［８］，而且在７００℃附近也易于敏化。图５是Ｎｂ（Ｔｉ或Ｎｂ和Ｔｉ）含量对铁素体不锈钢焊缝区晶间腐蚀的影响。
从图３可以看出铁素体不锈钢中Ｎｂ可以抑制晶间腐蚀。因为ＭＡＧ焊缝区比点焊区更容易析出碳化铬，因此抑制ＭＡＧ焊缝区晶间腐蚀所需的ｗ（Ｎｂ）大于７（Ｃ＋Ｎ）％＋０．３５％，点焊的情况下所需的ｗ（Ｎｂ）大于７（Ｃ＋Ｎ）％＋０．１５％。另外有腐蚀试验表明，合金元素有一个最佳的稳定比率（Ｔｉ＋Ｎｂ）／（Ｃ＋Ｎ）为９，在此条件下不锈钢表现出优良的抗晶间腐蚀能力。
图４（见下页）是４０１Ｌ铁素体不锈钢在５００℃时
效１０ｈ后的显微组
织，从图中可以看出
铁素体不锈钢加Ｎｂ
可以提高抗腐蚀性
能。
３．２Ｎｂ对ｗ（Ｃｒ）为
２２％的铁素体不锈钢
抗腐蚀性能的影响
铁素体不锈钢
具有良好的耐大气
腐蚀性，在铁素体不
锈钢中加入Ｎｂ和
Ｔｉ，见表６。
在８０℃的ｗ（ＮａＣｌ）为２０％的溶液中测量点蚀电位，其结果见下页图５。从图５中可以看出随着Ｎｂ含量的增加，点蚀电位有降低的趋势，因此在这种溶液中ｗ（Ｎｂ）控制在０．２５％之内。图６（见下页）是Ｎｂ对周期腐蚀试验后试样的锈蚀面积的影响，可以看出铁素体不锈钢中加Ｎｂ后锈蚀面积最小，说明加Ｎｂ可以提高铁耐蚀性评级
腐蚀速度ｍｍ／ａ
平均／（最低￣最高）０．００４５３／（０．００１７８￣０．００７２９）０．００６４９／（０．００３８０￣０．０１２４）０．００２４９／（０．０００１９９￣０．００６３７）０．００６１２／（０．００１２１￣０．０１０８）
中３级
１．耐蚀级
１．耐蚀级
１．耐蚀级
１．耐蚀级
美、德４级
１优级
１优级
１优级
１优级
苏１０级
３．很耐蚀
４．很耐蚀
３．很耐蚀
４．很耐蚀
材料
０００Ｃｒ２６Ｍｏ０００Ｃｒ３０Ｍｏ２试样放
置位置
二效
三效
二效
三效
表５腐蚀速度及耐蚀性评级
ｗ
（
Ｎ
ｂ
）
／
％
，
ｗ
（
Ｔ
ｉ
）
／
％
，
ｗ
（
Ｎ
ｂ
＋
Ｔ
ｉ
）
／
％
图３Ｎｂ（Ｔｉ或Ｎｂ＋Ｔｉ）含量对
铁素体不锈钢焊缝区晶间腐蚀的影响
○
○
○
○
□
□▲
▲
▲
▲
○含Ｎｂ钢
"含Ｔｉ钢
□含Ｎｂ．Ｔｉ钢
空心
半实心
实心
点焊
无ＬＧＣ
无ＬＧＣ
ＬＧＣ
ＭＡＧ焊接
无ＬＧＣ
ＬＧＣ
ＬＧＣ
００．０１０．０２０．０３０．０４０．０５
ｗ（Ｃｒ）为１１％～１３％
的碳钢，在５００℃
下加热１０ｈ，然后
在６０℃进行施特
劳斯晶间腐蚀试验
０．７
０．６
０．５
０．４
０．３
０．２
０．１
０
○
ｗ（Ｃ＋Ｎ）／％
○○○
○
○
○
点焊
ＭＡＧ焊接
Ｎｂ≥７（Ｃ＋Ｎ）＋０．３５
Ｎｂ，Ｔｉ≥７
（Ｃ＋Ｎ）＋０．１５
温度／℃
正常／（最低￣最高）
１４０／（１１０￣１５０）
１００／（８０￣１１０）
时间／ｈ
７７５￣８４０
７７５￣８４０
ＮａＯＨ
３００￣５００
２３￣３５
５００￣６５０
３５￣４４
Ｎａ２ＣＯ３
４．７￣３４．６
０．３￣２．４
２０￣３０
１．５￣２．０
Ｎａ２ＳＯ４
３５￣５３
２．４￣４．２
２０￣４０
２￣３
ＮａＣｌ
２６．５￣４５．４
２．１￣３．２
４０￣５０
２．５￣３．５
Ｈ２Ｏ
余量
余量
余量
余量
表４腐蚀试验条件
《山西冶金》Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｅｊｉｎｓｘ＠１２６．ｃｏｍ?１１?
素体不锈钢的抗大气腐蚀性能。
３．３
小结
（１）铁素体不锈钢中加Ｎｂ可以提高抗晶间腐蚀。
（２）铁素体不锈钢中加ｗ（Ｎｂ）小于０．２５％的Ｎｂ
可以提高抗大气腐蚀性能。
４结论
（１）铁素体不锈钢中加Ｃｕ可以提高抗点腐蚀
性能，ｗ（Ｃｕ）以０．５５％左右为宜。
（２）铁素体不锈钢中加Ｍｏ可以提高抗点腐蚀性能，ｗ（Ｍｏ）在５％之内。
（３）Ｍｏ能提高超纯铁素体不锈钢的抗腐蚀作用，且随Ｍｏ含量的增加而提高。
（４）铁素体不锈钢中加Ｎｂ可以提高抗晶间腐蚀。
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钢和铌合金中国－巴西学术研讨会论文集，２０００．１０９￣１２４
?１２?２００５年第４
期
钢铁中的元素及作用
各种元素在钢铁中的作用 钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。 各种元素在钢铁中有什么作用 碳（Carbon) 存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也成为高碳钢。 铬（Chromium) 增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈 锰（Manganese） 重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。 钼（Molybdenum） 碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。 镍（Nickle） 保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。 硅（Silicon） 有助于增强强度。和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。 钨（Tungsten） 增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。 钒（Vanadium） 增强抗磨损能力和延展性。一种钒的碳化物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420V A含有大量的钒。而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒 按钢的用途分类 一、结构钢 （1)建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。 （2)机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等 根据含碳量和用途的不同﹐这类钢大致又分为三类﹕ 1. 小于0.25％C为低碳钢﹐其中尤以含碳低于0.10%的08F﹐08Al等﹐由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车﹑制罐……等﹐20G则是制造普通锅炉的主要材料﹐此外﹐低碳钢也广泛地作为渗碳钢﹐用于机械制造业﹐ 2. 0.25～0.60％C为中碳钢﹐多在调质状态下使用﹐制作机械制造工业的零件。调质多少22~34HRC,能得到综合机械性能,也便于切削. 3. 大于0.6％C为高碳钢﹐多用于制造弹簧﹑齿轮﹑轧辊等﹐根据含锰量的不同﹐又可
C、Mn、Si、S、P、Cr、Mo元素对钢的影响
铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性。有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 (1) 对钢的显做组织及热处理的作用 A、铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区城。铬与碳形成多种碳化物，与碳的亲和力大于铁和锰而低于钨、钼等．铬与铁可形成金属间化合物σ相(FeCr) B、铬使珠光体中碳的浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少 C、减缓奥氏体的分解速度，显著提高钢的淬透性．但亦增加钢的回火脆性倾向 (2)对钢的力学性能的作用 A、提高钢的强度和硬度．时加入其他合金元素时，效果较显著 B、显著提高钢的脆性转变温度 C、在含铬量高的Fe-Cr合金中，若有σ相析出，冲击韧性急剧下降 (3)对钢的物理、化学及工艺性能的作用 A、提高钢的耐磨性，经研磨，易获得较高的表面光洁度 B、降低钢的电导率，降低电阻温度系数 C、提高钢的矫顽力和剩余磁感．广泛用于制造永磁钢 D、铬促使钢的表面形成钝化膜，当有一定含量的铭时，显著提高钢的耐腐蚀性能（特别是硝酸）。若有铬的碳化物析出时，使钢的耐腐蚀性能下降 E、提高钢的抗氧化性能 F、铬钢中易形成树枝状偏析，降低钢的塑性
铝金属腐蚀报告
研究报告 教学院：化工与材料工程学院 班级： 姓名： 学号：
铝合金研究报告 摘要 铝合金的现今生活中有很大的用途，给我们带来了很多方便，此文通过对铝合金的基本性质（化学性质和物理性质）、铝合金的分类、铝合金的用途以及铝合金的防护等方面知识的介绍，系统的概括了铝合金的在我国工业产业中的重要地位。 关键字：铝合金、铝合金分类、铝合金用途、铝合金防护
铝合金定义 铝合金艺术栏杆 以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。 纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σb 值分别可达 24～60kgf/mm2。这样使得其“比强度”（强度与比重的比值σb/ρ）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。 铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。铝
铝合金焊接接头疲劳性能研究 张禧铭
铝合金焊接接头疲劳性能研究张禧铭 摘要：测定了6061铝合金焊接件焊接接头的疲劳性能，介绍了铝合金焊接件焊 接接头的疲劳特征，分析了铝合金焊接件焊接接头中缺陷对其疲劳性能的影响。 结果表明铝合金焊接件焊接接口处气孔、夹杂物及未焊透三个焊接缺陷均会零件 的应力集中创造条件，对铝合金焊接件焊接接头疲劳性能有重大影响。气孔的大小、数量，未焊透的分布位置及形式明显地影响铝合金焊接件焊接接头的疲劳性 能 0.引言 铝合金由于其质量轻、强度高、无磁性、耐腐蚀性好，广泛应用于汽车、铁路、航空航天等领域。焊接是铝合金零件最常见的连接方式，在铝合金焊接零件 在重复外力作用下会发生疲劳断裂，而疲劳破坏过程又这些问题往往会给用户造 成不可估量的巨大损失[1]。通过研究发现，铝合金焊件焊接接头发生疲劳破坏是 铝合金焊接断裂的主要原因，因此对铝合金焊接件进行全面分析，找出原因并提 出解决方案，提高铝合金焊接件有着重大意义[2，3]。近些年过高校和科研院所 对铝合金焊接件焊接接口做了大量研究工作，并取得了重大成果。周进等人通过 对5A02 铝合金焊接接头的疲劳性能进行分析，得出了补焊可以降低铝合金焊接 件焊接接口的疲劳强度（下降将近20%），可作为一种可靠的补救措施[4]。王德 俊通过对铝合金焊接接头焊缝几何特征的研究，得出了十字接头焊接方式比对接 接头焊接方式应力集中更严重的结论[5]。本文以6061铝合金为研究对象，分析 焊接缺陷铝合金焊接件疲劳性能的研究。 1.试验材料及试验方法 本试验需要的材料为铝合金和焊丝，其中铝合金选用6061铝板，焊丝选用5356焊丝，铝板采用对接焊接。这两种材料的化学成分如表1所示。 试验材料化学成分/% 将铝板通过焊丝分别用MIG焊和TIG焊两种方法进行焊接，不仅仅能够保证 铝合金焊接件内部化学成分的完整性，而且也可以提高铝合金焊接件的焊接质量。 在进行全部焊接之后还需要采用合理的方法对焊接物进行验伤处理，找出其 中存在的问题，并对出现问题的原因进行全面分析。焊后进行X射线探伤检验， 找出存在的问题并找到原因及时解决，将样品进行铣削加工，去除焊缝余高。为 获得样品真实状态，将样品铣削加工后再进行X射线探伤检测。在MTS万能试验机上进行疲劳试验，用JSM-35C显微镜对断口形状进行合理观察。 2.试验结果及分析 2.1疲劳试验 试验结果如表2所示，对试验结果进行整理、对比，可以发现无论6061铝合金焊接件的焊缝有无缺陷，发生疲劳破坏的均为焊接口。但是整个焊接过程是否 存在缺陷对存在的疲劳现象和相应寿命还有很重要的作用。但焊缝有无缺陷对其 寿命有明显影响，即有焊缝缺陷的样品其寿命明显低于无焊缝缺陷的样品，并且 随着缺陷尺寸的增大，疲劳寿命下降越多。 6061铝合金焊接接头疲劳性能 2.2疲劳断口特征 按照焊接接头的断裂过程疲劳断口一般分为裂纹源、疲劳裂纹扩展和最后断
合金元素在钢中的主要作用
§5－1 合金元素在钢中的主要作用 教学过程 一、复习提问： 碳素钢的性能特点 二、新课教学： 合金元素在钢中的主要作用（强化铁素体、形成合金碳化物、细化晶粒、提高钢的淬透性、提高钢的回火稳定性） 三、课后小结： 合金钢与碳素钢的区别 四、作业安排： 练习册P23，一、1、2；二、1、2、4；三、6 五、板书设计（见下页）： 六、教学后记： §5－1 合金元素在钢中的主要作用 1、定义：为改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或几种合金元素的钢。 2、含碳量：＜2.11%。 3、常用元素： Cr铬、Ni镍、Mo钼、W钨、V钒、Ti钛、Al铝、B硼、Nb铌、Nd钕。 4、合金元素的影响： 可以得到所需的力学性能，用于重要零件； 特殊物理（熔点、磁性）、化学（耐热、耐腐蚀）性能； 特殊工艺性能（焊接、热处理）； 使C曲线右移，淬透性提高。 一、强化铁素体（除铅外）： 1、存在形式： 大多数合金元素溶于α-Fe，形成合金铁素体。 2、作用： 3、对韧性的影响： Si＜1.0%、Mn＜1.5%，F韧性不下降，超过此量，则F韧性下降。 Cr≤2%、Ni≤5%，明显强化F，提高F韧性。 二、形成合金碳化物： 1、存在形形式（合金元素与碳亲和力不同）：
（1）非碳化物形成元素：镍、钴、铜、硅、铝、硼，不形成碳化物，溶于F 和A ，形成合金F 和合金A 。 （2）弱碳化物形成元素：Mn 锰，与碳亲和力弱，大部分溶于F 或A ，少部分溶于Cm ，形成合金渗碳体。 （3）中碳化物形成元素：Cr 铬、Mo 钼、W 钨，和碳亲和力强，形成合金渗碳体，硬度提高，明显提高低合金钢强度，组织比Cm 稳定。 （4）强碳化物形成元素：V 钒、Nb 铌、Ti 钛，与碳形成特殊碳化物，比合金Cm 有更高的熔点、硬度和耐磨性，组织更稳定。 2、作用： 碳化物种类、性能、在钢中分布状态，直接影响钢的性能、热处理相变。 如果碳化物以弥散状分布，则强度↑、硬度↑、耐磨性↑，对工具钢有重要意义。 三、细化晶粒（除Mn 外）： 1、元素作用： Mn 使晶粒长大倾向增大，即过热。 其他元素加热时抑制A 长大，降低长大速度 V 、Nb 、Ti 形成的碳化物，铝在钢中形成的AlN 、Al2O3细小质点，相当于孕育剂，增加形核率。 2、结果： 细化晶粒，使强度↑、韧性↑。使晶粒细化。 四、提高钢的淬透性(除钴外)： 1、作用： 合金元素溶于A ，使过冷A 稳定性增强，推迟珠光体转变，使C 曲线右移，V 临↓、淬透性↑。 2、结果： 淬透性好，可采用冷却能力较低的介质，防变形、开裂，保持尺寸和形状精度。 在同样淬火条件下，合金钢淬硬层较深，大截面零件组织均匀，综合力学性能提高。 3、常用元素：Mo 、Mn 、Cr 、Ni 、Si 、B 。 4、特例：微量的B （0.0005%～0.003%）可明显提高淬透性。 五、提高钢的稳定性： 1、回火稳定性：钢在回火时，抵抗软化、抵抗硬度下降的能力。 2、产生原因：合金元素阻碍M 分解，且碳化物不易析出，即使析出也不易长大，保持较大弥散度，硬度下降慢。
各元素对钢材的影响
（ a ）碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差． （ b ）硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性． （ c ）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优 质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改 善钢的可切削性是有利的． （ d ）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合 金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能． （ e）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软 磁性能． （ f）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性． 冷镦钢成型用钢,冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载,广泛用于生产螺钉,销钉,螺母等标准件.冷镦 工艺可节省原料,降成本,而且通过冷作硬化提高工作的抗拉强度,改善性能,冷镦用钢必须其有良好的冷 顶锻性能,钢中S和P等杂质含量减少,对钢材的表面质量要求严格,经常采用优质碳钢,若钢的含碳钢大 于0.25%,应进行球化退火热处理,以改善钢的冷镦性能. 力学性能要求 1．屈服强度σs及变形抗力尺可能的小，这样可使单位变形力相应减小，以延长模具寿命。 2．钢材的冷变形性能要好，即材料应有较好的塑性，较低的硬度，能在较大的变形程度下不致引起产品开裂。3．钢材的加工硬化敏感性尽可能的低，这样不致使冷镦变形过程中的变形力太大。 二、化学成份要求冷镦钢 1．碳（C）碳是影响钢材冷塑性变形的最主要元素。含碳量越高，钢的强度越高，而塑性越低。实践证明，含碳量每提高0.1%，其屈服强度σs约提高27.4Mpa；抗拉强度σb提高58.8~78.4Mpa；而伸 长率δ则降低4.3%，断面收缩率ψ降低7.3%。由此可见，钢中含碳量对于钢材的冷塑性变形性能的 影响是很大的。在生产实际中，冷镦，冷挤用钢的含碳量大于0.25%时，要求钢材在拉拔前要进行球 化退火。对于变形程度为65%~80%的冷镦件，不经过中间退火而进行三次镦锻变形时，其含碳量不应超过0.4%。2．锰（Mn）锰在钢的冶炼中与氧化铁作用（Mn+FeO→MnO+Fe）,主要是为钢脱 氧而加入。锰在钢中硫化铁作用（Mn+FeS→MnS+Fe）,能减少硫对钢的有害作用。所形成的硫化锰，可改善钢的切削性能。锰使钢的抗拉强度σb和屈服强度σs有所提高，塑性有所降低，对于钢的冷塑 性变形是不利的。但是锰对变形力的影响仅为碳的1/4左右。所以，除特殊要求外，碳钢的含锰量，不宜超过0.9%。3．硅（Si）硅是钢在冶炼时脱氧剂的残余物。当钢中含硅量增加0.1%时，抗拉 强度σb提高13.7Mpa。经验表明，含硅量超过0.17%且含碳量较高时，对钢材的塑性降低有很大的影响。在钢中适当增加硅的含量，对钢材的综合力学性能，特别是弹性极限有利，还可增加钢的耐蚀性。但是钢中含硅量超过0.15%时，使钢急剧形成非金属夹杂物。高硅钢即使退火，也不会软化，降低钢 的冷塑性变形性能。因此，除了产品有高强度性能要求外，冷镦钢总是尽量要求减少硅的含量。 4．硫（S）硫是有害杂质。钢中的硫在冷镦时会使金属的结晶颗粒彼此分离引起裂纹，硫的存在还促使钢产生热脆和生锈，因此，含硫量应小于0.055%。优质钢应小于0.04%，由于硫、磷和锰的化合物能改善切削性能、冷镦螺母用钢的含硫量可放宽到0.08~0.12%，以有利于攻螺纹。但一般没有专为螺
7075_T651铝合金疲劳特性研究
第30卷 第4期 2010年8月 航 空 材 料 学 报 J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LS V o l 130,N o 14 A ugust 2010 7075-T651铝合金疲劳特性研究 韩 剑, 戴起勋, 赵玉涛, 李桂荣 (江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013) 摘要:在不同的应力幅值下测试了7075-T651铝合金的疲劳寿命,拟合试验数据得到合金S -N 曲线,估算疲劳极限为223M P a 。用扫描电镜观察高低应力幅值下的疲劳试样断口,结果表明:合金的加工缺陷或粗大夹杂处往往为裂纹源,裂纹扩展伴随着小平面断裂的发生,高应力幅下疲劳裂纹扩展区出现犁沟和轮胎花样,而低应力幅下的疲劳裂纹扩展区中除有大量疲劳条带外,还出现了疲劳台阶和二次裂纹。合金的疲劳瞬断区则存在着撕裂棱与等轴韧窝。弥散分布的微小析出相对合金的疲劳性能有着积极的影响。关键词:7075-T 651铝合金;S -N 曲线;疲劳断口DO I :1013969/j 1i ssn 11005-505312010141018 中图分类号:TG146121 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2010)04-0092-05 收稿日期:2009-04-21;修订日期:2009-06-16基金项目:国家863高技术研究项目(2007AA 03Z548)作者介绍:韩剑(1984)),男,硕士研究生,从事高强铝合金组织与性能方面的研究,(E -m a il)han ji an_m oon @yahoo .com .cn 通讯作者:戴起勋,男,教授,博士生导师,(E -m ail)qxda i @u j s .edu .cn 。 7075合金是美国较早开发的一种铝合金,是航空航天领域广泛使用的一种轻型结构材料。近年来,因其强度高、重量轻的特性也在其他领域得到广 泛应用,例如攀岩设备及自行车零件都普遍使用7075铝合金 [1~4] 。在对7075合金所开展的研究工 作中,其疲劳性能因与实际应用联系较为密切,是一 个极有理论意义和应用价值的课题,目前虽然已有许多科研工作者对其进行了广泛的研究 [5~8] ,但对 其疲劳断裂机理研究却不多。为了进一步深化研究,充分挖掘7075铝合金的使用潜力,本研究对时效 7075-T651铝合金材料在不同应力幅下的疲劳断裂机理进行了研究。 1 试验材料和方法 试验材料为A lcan 生产的厚度为23mm 的7075-T651铝合金成品板材,合金成分如表1所示。合金抗拉强度达到580M Pa ,屈服强度为570M Pa ,断后伸长率为8%。 表1 试验合金成分(质量分数/%) T able 1 T he component o f alu m i nu m a lloy (m ass fracti on /%) Zn M g Cu M n T i C r N i Fe S i A l 5.68 2.40 1.63 0.14 0.22 0.18 0.044 0.18 0.06 Ba.l 疲劳试验在PLA30050疲劳试验机上进行,参照GB /T 4337)1984制成标准圆棒光滑试样。试验在室温下进行,应力水平设置在518MPa 到200MPa 之间测试轴向应力疲劳性能,疲劳试验的应力比R =-1,即轴向拉压对称加载,控制波形为正弦波,循环加 载频率为20H z 。试样在机器上循环加载直至断裂,记录加载周次。将疲劳断口完整切下,浸于酒精中在超声波清洗仪中清洗,而后在JS M-7001F 型扫描电子显微镜下进行断口形貌观察和分析,并用扫描电镜自 带的I nca Ener gy 350能谱仪作EDS 分析。 2 试验结果与分析 2.1 疲劳寿命曲线 将测得的试验数据拟合得到S-N 曲线(图1),数据点基本平均分布在曲线两侧,较为吻合。S-N 曲线没有水平部分,只是随着应力的降低,循环周次不断增大。通常,如果材料应力循环107 周次不断
合金元素在钢中的主要作用
简述几种常见合金元素在钢中的主要作用 为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼 过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。 (1)铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。 含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。 （2）镍（Ni） 镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。据统计，每增加1%的镍约可提高强度。随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。含镍%的钢可在-100℃时使用，含镍9%的钢则可在 -196℃时工作。镍不增加钢对蠕变的抗力，因此一般不作为热强钢的强化元素。 镍含量高的铁镍合金，其线胀系数随镍含量增减而显著变化，利用这一特性，可以设计和生产具有极低或一定线胀系数的精密合金、双金属材料等。 此外，镍加入钢中不仅能耐酸，而且也能抗碱，对大气及盐都有抗蚀能力，镍是不锈耐酸钢中的重要元素之一。 （3）钼（Mo）
合金元素对钢地性能地影响
作者：余宗森/袁泽喜/士琦/武骏 ：冶金工业 出版日期：2001年8月版次： ISBN：750242726 页数：300 开本：32开包装： 本帖最近评分记录：金钱:+3(zhyj_88) 多补充资料描述文本。 顶端Posted: 2008-12-23 12:32 | 30 楼 jiaolong83 级别: 中级工程师 精华: 0 发帖: 1109 威望: 3 点 金钱: 8 机械币 贡献值: 0 点 注册时间:2007-04-06 最后登录:2011-06-15 小中大引用推荐编辑只看复制 第一篇我国钢的成分、残留痕微量元素与其常温力学性能的定量关系及国外的相关研究 1 试样的制备和成分、组织及性能的测试 2 试验数据的统计分析 3 各钢铁企业钢材的分析测试和回归结果 4 我国钢材的成分、组织与力学性能的定量关系 5 国外关于钢的成分、组织与性能定量关系的研究 第二篇钢中痕量及微量残留元素对钢其他性能的影响 6 废钢及钢中的残留元素 7 残留元素对钢性能的影响 8 钢中残留元素的去除和变害为利 参考文献 顶端Posted: 2008-12-23 12:33 | 31 楼 micholas84 级别: 学徒工 精华: 0 发帖: 2 威望: 1 点 金钱: 100 机械币 贡献值: 0 点 注册时间:2008-12-17 最后登录:2009-02-15 小中大引用推荐编辑只看复制 合金元素的作用 钢铁基础知识：合金元素在钢中的作用 1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0. 30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。 (1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。 (3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸
铝合金技术参数
理论上是，要看成型方法i: 压铸的左右，挤压的，锻造的
1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，烟花粉 1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备是其典型用途 1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具 1145 包装及绝热铝箔，热交换器 1199 电解电容器箔，光学反光沉积膜 1350电线、导电绞线、汇流排、变压器带材 2011 螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品 2014 应用于要求高强度与硬度（包括高温）的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料，车轮与结构元件，多级火箭第一级燃料槽与航天器零件，卡车构架与悬挂系统零件 2017 是第一个获得工业应用的2XXX系合金，它的应用范围较窄，主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件，螺旋桨与配件 2024 飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件 2036汽车车身钣金件 2048 航空航天器结构件与兵器结构零件 2124 航空航天器结构件
2218飞机发动机和柴油发动机活塞，飞机发动机汽缸头，喷气发动机叶轮和压缩机环 2219 航天火箭焊接氧化剂槽，超音速飞机蒙皮与结构零件，工作温度为-270~300℃。焊接性好，断裂韧性高，T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力 2319 焊拉2219合金的焊条和填充焊料 2618 模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件 2A01 工作温度小于等于100℃的结构铆钉 2A02 工作温度200~300℃的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片 2A06 工作温度150~250℃的飞机结构及工作温度125~250℃的航空器结构铆钉 2A10 强度比2A01合金的高，用于制造工作温度小于等于100℃的航空器结构铆钉 2A11 飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。航空器的中等强度的螺栓与铆钉 2A12 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等，建筑与交通运输工具结构件 2A14 形状复杂的自由锻件与模锻件 2A16 工作温度250~300℃的航天航空器零件，在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱 2A17 工作温度225~250℃的航空器零件 2A50 形状复杂的中等强度零件 2A60 航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等 2A70 飞机蒙皮，航空器发动机活塞、导风轮、轮盘等 2A80 航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件 2A90 航空发动机活塞 3003 用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置，运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道
合金元素在钢中的作用
第六章合金钢 合金钢的优点：高的强度和淬透性 第一节合金元素在钢中的作用 常用合金元素： 非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al 碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn Fe 强中强弱 一、合金元素对钢中基本相的影响 1、形成合金铁素体 合金元素→溶入A →形成合金铁素体→固溶强化（Cr,Ni较好） 2、形成合金碳化物 弱碳化物形成元素形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C 中强碳化物形成元素形成合金碳化物(Cr23C6，Fe3W3C) 强碳化物形成元素形成特殊碳化物（VC，TiC） 熔点、硬度和稳定性： 特殊碳化物> 合金碳化物> 合金渗碳体> Fe3C 二、合金元素对Fe-FeC相图的影响 合金元素对A相区影响 扩大A相区元素（Mn）——E、S点左下移 缩小A相区元素（Cr）——E、S点左上移 奥氏体钢：1Cr18Ni9 铁素体钢：1Cr17 莱氏体钢：W18Cr4V 三、合金元素对热处理的影响 1、对加热的影响 多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大 2、对冷却的影响 多数元素溶入A后→过冷A稳定性↑→Vc↑→淬透性↑ →Ms点↓→残余A量↑提高淬透性的意义： ①增加淬硬层深度 ②减少工件变形、开裂倾向3、对回火的影响 ①回火稳定性→抗回火软化的能力 ②产生二次硬化（析出特殊碳化物，产生弥散强化；A残→M或B下）
一、低合金高强度钢 碳素结构钢：Q195，Q215，Q235，Q255，Q275 低合金高强度钢：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460 Q235+Me(<3%) →Q345 1、成分：~%C，合金元素2~3% 主加元素：Mn ——固溶强化 辅加元素：Ti,Cr,Nb ——弥散强化 使用状态：热轧或正火（F + P），不需最终热处理 2、性能：较高的σs ，良好的塑性韧性， 焊接性，抗蚀性，冷脆转变温度低 3、常用钢号：Q295 （09Mn2），Q345 (16Mn) 用途：工程结构——桥梁，船舶，车辆外壳、支架、压力容器 二、易切削结构钢 牌号：Y12，Y12Pb，Y30，Y 40Mn 性能：良好的切削加工性（170~240HBS，塑性低） 切削抗力小，刀具不易磨损，加工表面粗糙度低 应用：成批、大量生产时，制作性能要求不高的紧固件和小型零件 第三节合金钢的分类与牌号 一、合金钢分类 低合金钢——低合金高强度钢、易切削结构钢 合金结构钢——渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢 合金工具钢——合金工具钢、高速钢 特殊性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢 二、合金钢牌号 1、合金结构钢——20CrMnTi，60Si2Mn，25Cr2Ni4WA 2、滚动轴承钢——GCr15 3、合金工具钢——9Mn2V，CrWMn 4、高速钢——W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 5、不锈、耐热钢——4Cr13，0Cr18Ni11Ti，00Cr17Ni14Mo2 6、高锰耐磨钢——ZGMn13 学习思路： 用途→工作条件→性能要求→成分特点→热处理特点→典型钢种应用
铁素体不锈钢发展与前景
铁素体不锈钢发展与前景 [我的钢铁] 2008-08-13 10:26:37 一．铁素体不锈钢的发展 近年来，全球资源供应紧张，有色金属市场也水涨船高，尤其07年上半年以前是镍价不断攀升，给不锈钢企业带来了很大的成本压力。镍价的大幅波动以及房屋建筑领域需求的减少，使得300系不锈钢的需求受到影响（见下图1）。原材料价格的飞涨，使得一些低镍的奥氏体不锈钢开始在市场盛行，当然这也给铁素体不锈钢带来了一定发展空间。 图 1 二．铁素体的分类与优势 铁素体不锈钢成本低廉，价格稳定，并且具有许多独特的特点和优势，能够在多领域中替代奥氏体不锈钢。铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢镍含量少，主要原料是铬和铁，为强化某些特殊性能，一些铁素体不锈钢还含有其他合金元素，如钼。同时铁素体不锈钢不仅拥有昂贵的奥氏体不锈钢大多数力学性能和耐蚀性能，还在一些性能上优于奥氏体，特别在成型性、耐蚀性、抗氧化性上表现出色，被称为“经济型”不锈钢。 1.铁素体不锈钢的化学成分
铁素体不锈钢分为五大类，其中前三类为标准牌号，是迄今为止用量最大且应用范围最广的不锈钢，此外，后两类为特殊牌号，使用于某些有特殊要求的领域（见图2）。 图 2 第一类，由于含铬量最低，因此价格也最便宜，适合在没有腐蚀或轻微腐蚀及允许有局部轻微生锈的环境下使用。其中，409型不锈钢主要使用在汽车排气系统中。而410L型不锈钢常用于容器、公共汽车和长途大轿车，也有用作液晶显示器的外框。λ 第二类，即通常使用最广的430不锈钢，含较高的铬，具有较好的耐蚀性，通常在室内使用，典型的用途包括洗衣机滚筒，室内面板等，其多数性能与304类似，在某些领域可替代304不锈钢如厨房设施，洗碗机，壶和锅等。这类型具有足够的耐蚀性。λ 第三类，这类型较430型具有良好的焊接性和成形性。在多数情况下，其性能甚至优于304。典型用途包括水槽，热交换管（制糖业，能源等），汽车排气系统（比409寿命长）和洗衣机的焊接部位。这类型甚至可替代304用于性能要求更高的场合。λ 第四类，这类型添加了来钼增加耐蚀性，主要应用领域是热水箱，太阳能热水器，汽车排气系统，电加热壶和微波炉部件，汽车装饰条和户外面板等，其中，444钢的耐蚀性能与316相当。λ 第五类，这类型的耐蚀性和抗氧化性优于316，主要是通过添加了更多的铬和含有钼来提高耐蚀性和抗氧化性。主要用于沿海和其它高耐蚀环境。例如JIS447的耐蚀性与金属钛相当。λ 2.铁素体不锈钢的优势
铝合金防护
一．引言 1.1 金属防腐蚀的重要意义 金属材料是现代最重要的工程材料，人类社会的文明和发展与金属材料的使用、发展与进步有着极为密切的联系。 但是金属材料及其制品会受到各种不同形式的损坏，其中最重要、最常见的损坏形式腐蚀。金属腐蚀问题存在于国民经济的各个领域，而且随着经济建设和科学技术的 发展，腐蚀的危害越来越严重，对于国民经济的发展的制约作用越来越突出。使得腐蚀科学在国民经济中所处的地位越来越重要。据统计，人们每年冶炼出来的金属约有1/10 被腐蚀破坏， 相当于每年约有1/10 的冶炼厂因腐蚀的存在而做了无用功；而1/10 被腐蚀破坏的金属所殃及的金属制品的破坏，其损失要远远大于金属本身的价值。据美国国家标准局(NBS)调查， 1975 年美国因腐蚀造成的损失高达700 亿美元，即当年国民经济总产值(GNP)的4.2%;《光明日报》1999 年 1 月20 日报道，1997 年因腐蚀给我国国民经济带来的损失高达2800 亿人民币。 以上所说仅就经济损失而言，在有些领域，尤其在化学工业、石油化工、原子能等工业中，由于金属材料腐蚀造成的跑、冒、滴、漏，不仅造成大量的、宝贵而有限的资源与能源的严重浪费， 还能使许多有害物质甚至放射性物质泄漏而污染环境，危害人民的健康，有的甚至会长期造成严重的后果；而由于金属腐蚀所造成的灾难性事故严重地威胁着人们的生命安全；
许多局部腐蚀引起的事故，如氧脆和应力腐蚀断裂这一类的失效事故，往往会引起爆炸、火灾等灾难性恶果，在一定程度上威胁着人类的生存与发展，所以对于金属腐蚀问题的研究显得尤为 重要。 1.2 铝合金及其腐蚀机理 铝合金是近代发展起来的一类重要的金属材料。铝合金具有强度高、密度小、导电导热性强、力学性能优异、可加工性好等优点而广泛应用于化学工业、航空 航天工业、汽车制造业、食品工业、电子、仪器仪表业以及海洋船舶工业等领域。但是铝合金与其他金属一样，也面临着严重的腐蚀问题。虽然在自然条件下，铝合金表面容易形成一层厚约 4 nm 的自然氧化膜，但是这层膜多孔、不均匀且抗蚀性差，难以抵抗恶劣环境的腐蚀的。为了解决上述问题，有必要对铝合金的腐蚀机理有所了解。一般而言，金属在满足以下 5 个基本条件下 就会受到腐蚀:(1)阳极;(2)阴极;(3)阴一阳之间存在着连续接触;(4)电解质溶液;(5)阴极反应物(如氧气、水或氢气)。铝合金的腐蚀电化学反应为：Al A l3++ 3e( 1) O2 + 2H20 + 4 e 4 0H (中性/碱性) (2) + 2H + 2 e H 2（g）(酸性) (3) 由于原电池作用加速了铝腐蚀，有机或无机阻隔层和钝化剂可避免合金与电解质接触而发生阴极反应，与此同时也抑制腐蚀电子向金属界面的 传导;另外钝化剂(如铬酸盐)形成的不溶性氧化物沉积在受腐点，使活性腐蚀点(如晶界、晶族、凹坑、沉淀析出处)减少，从而阻挡水、
合金元素在钢中的作用
了合金化而加入的合金元素,最常用的有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒,钛,铌、硼、铝等。现分别说明它们在钢中的作用。 1、硅在钢中的作用: (1)提高钢中固溶体的强度与冷加工硬化程度使钢的韧性与塑性降低。 (2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限与屈强比,这就是一般弹簧钢。(3)耐腐蚀性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁,就是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化气氛中加热时,表面也将形成一层SiO2薄膜,从而提高钢在高温时的抗氧化性。 缺点:(4)使钢的焊接性能恶化。 2、锰在钢中的作用 (1)锰提高钢的淬透性。 (2)锰对提高低碳与中碳珠光体钢的强度有显著的作用。 (3)锰对钢的高温瞬时强度有所提高。 锰钢的主要缺点就是,①含锰较高时,有较明显的回火脆性现象;②锰有促进晶粒长大的作用,因此锰钢对过热较敏感t在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒元素如钼、钒、钛等来克服:⑧当锰的质量分数超过1％时,会使钢的焊接性能变坏,④锰会使钢的耐锈蚀性能降低。 3、铬在钢中的作用 (1)铬可提高钢的强度与硬度。 (2)铬可提高钢的高温机械性能。 (3)使钢具有良好的抗腐蚀性与抗氧化性 (4)阻止石墨化 (5)提高淬透性。 缺点:①铬就是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。4、镍在钢中的作用 (1)可提高钢的强度而不显著降低其韧性。 (2)镍可降低钢的脆性转变温度,即可提高钢的低温韧性。 (3)改善钢的加工性与可焊性。 (4)镍可以提高钢的抗腐蚀能力,不仅能耐酸,而且能抗碱与大气的腐蚀。
5、钼在钢中的作用 (1)钼对铁素体有固溶强化作用。 (2)提高钢热强性 (3)抗氢侵蚀的作用。 (4)提高钢的淬透性。 缺点:钼的主要不良作用就是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。6、钨在钢中的作用 (1) 提高强度 (2)提高钢的高温强度。 (3)提高钢的抗氢性能。 (4)就是使钢具有热硬性。因此钨就是高速工具钢中的主要合金元素。7、钒在钢中的作用 (1)热强性。 (2)钒能显著地改善普通低碳低合金钢的焊接性能。8、钛在钢中的作用 (1)钛能改善钢的热强性,提高钢的抗蠕变性能及高温持久强度;(金属材料长期在高温条件下受热应力的作用而产生缓慢、连续的塑性变形的现象,叫金属的蠕变) (2)并能提高钢在高温高压氢气中的稳定性。使钢在高压下对氢的稳定性高达600℃以上,在珠光体低合金钢中,钛可阻止钼钢在高温下的石墨化现象。因此,钛就是锅炉高温元件所用的热强钢中的重要合金元素之一。 9、铌在钢中的作用 (1)铌与碳、氮、氧都有极强的结合力,并与之形成相应的极为稳定的化合物,因而能细化晶粒,降低钢的过热敏感性与回火脆性。 (2)有极好的抗氢性能。 (3)铌能提高钢的热强性 10、硼在钢中的作用 ; (1)提高钢的淬透性。 (2)提高钢的高温强度。强化晶界的作用。 11、铝在钢中的作用
铁素体不锈钢的发展与应用
铁素体不锈钢的发展与应用 摘要： 铁素体不锈钢作为一种不含镍的铬系不锈钢，具有含镍不锈钢所具有的成形性、经济性、耐蚀性、抗氧化性等性能，具有成本低、耐应力腐蚀性能优异等显著特点，被称为经济型不锈钢。本文主要分析了铁素体不锈钢的发展以及其合金化，同时介绍了基于铁素体不锈钢特性的各种应用。 关键字：铁素体不锈钢发展应用 不锈钢在如今已得到广泛应用，这是因为它具有许多优越特性，如可成形性、强度及耐腐蚀性。不锈钢开始商业化生产并作为材料用于各种用途大约只有短短50年的历史。304型及430型不锈钢因其最常用而为大家所熟知，其产量占到不锈钢总产量的一半以上。但是，近十年来对不锈钢的需求显著增长，因此，人们一直在开发适用于各种用途的不同种类的不锈钢。以430型不锈钢为代表的铁素体不锈钢的生产成本比奥氏体不锈钢要低。因而，用铁素体不锈钢制造的产品现在发展很快，例如，铁素体不锈钢的用途之一是制作汽车尾气排放控制系统[1,2,3]。为了这种用途，现在已经开发了许多种铁素体不锈钢。在宝钢不锈钢事业部总经理楼定波看来，铁素体不锈钢不含镍，可以回避镍价的波动带来的风险；它同样可以防腐、防锈，但价格比含镍的不锈钢具有竞争力，并且，比含镍不锈钢制造更有门槛。 1 铁素体不锈钢的发展优势及劣势 1.1 铁素体不锈钢的发展优势 铁素体不锈钢具有体心立方晶体结构。除个别牌号外，一般不含稀缺的贵重元素镍。低铬铁素体不锈钢又称为经济不锈钢；中、高铬铁素体不锈钢与所能代用的铬镍奥氏体不锈钢相比，成本和价格也较低。铁素体不锈钢屈服强度较铬镍奥氏体钢高，伸长率稍低，但加工硬化倾向小，易于冷镦，也易切削。 众所周知，铬镍奥氏体不锈钢对应力腐蚀非常敏感，在奥氏体不锈钢制设备、构件等的失效事例中，应力腐蚀破坏事故占有很大比例，而铁素体不锈钢耐应力腐蚀性能优异，虽然在试验室内一些条件下人们也曾发现铁素体不锈钢也产生应力腐蚀的某些现象，但在实际工程应用中，国内外都很少见到铁素体不锈钢产生应力腐蚀破坏的实例。 铁素体不锈钢具有铁磁性，导热系数高，约为铬镍奥氏体不锈钢的130％～150％，非常适用于有热交换的用途；线膨胀系数小，仅为铬镍奥氏体不锈钢的60％～70％，非常适用于热胀、冷缩，有热循环的使用条件。 1.2 铁素体不锈钢的发展劣势 铁素体不锈钢是一种节镍钢，强度高，冷加工硬化倾向较低，导热系数为奥氏体不锈钢的130％～150％，线膨胀系数仅为Cr—Ni奥氏体不锈钢的60％～70％。虽然有上述优点，但与奥氏体不锈钢相比，其用途有限，这主要是因为铁素体不锈钢，特别是Cr>16％的铁素
铝合金的腐蚀与防护
一．引言 1.1金属防腐蚀的重要意义 金属材料是现代最重要的工程材料，人类社会的文明和发展与金属材料的使用、发展与进步有着极为密切的联系。但是金属材料及其制品会受到各种不同形式的损坏，其中最重要、最常见的损坏形式腐蚀。 金属腐蚀问题存在于国民经济的各个领域，而且随着经济建设和科学技术的发展，腐蚀的危害越来越严重，对于国民经济的发展的制约作用越来越突出。使得腐蚀科学在国民经济中所处的地位越来越重要。据统计，人们每年冶炼出来的金属约有1/10被腐蚀破坏，相当于每年约有1/10 的冶炼厂因腐蚀的存在而做了无用功；而1/10 被腐蚀破坏的金属所殃及的金属制品的破坏，其损失要远远大于金属本身的价值。据美国国家标准局(NBS)调查，1975年美国因腐蚀造成的损失高达700亿美元，即当年国民经济总产值(GNP)的4.2%;《光明日报》1999年1月20日报道，1997年因腐蚀给我国国民经济带来的损失高达2800亿人民币。 以上所说仅就经济损失而言，在有些领域，尤其在化学工业、石油化工、原子能等工业中，由于金属材料腐蚀造成的跑、冒、滴、漏，不仅造成大量的、宝贵而有限的资源与能源的严重浪费，还能使许多有害物质甚至放射性物质泄漏而污染环境，危害人民的健康，有的甚至会长期造成严重的后果；而由于金属腐蚀所造成的灾难性事故严重地威胁着人们的生命安全；许多局部腐蚀引起的事故，如氧脆和应力腐蚀断裂这一类的失效事故，往往会引起爆炸、火灾等灾难性恶果，在一定程度上威胁着人类的生存与发展，所以对于金属腐蚀问题的研究显得尤为重要。 1.2铝合金及其腐蚀机理 铝合金是近代发展起来的一类重要的金属材料。铝合金具有强度高、密度小、导电导热性强、力学性能优异、可加工性好等优点而广泛应用于化学工业、航空航天工业、汽车制造业、食品工业、电子、仪器仪表业以及海洋船舶工业等领域。但是铝合金与其他金属一样，也面临着严重的腐蚀问题。虽然在自然条件下，铝合金表面容易形成一层厚约4 nm 的自然氧化膜，但是这层膜多孔、不均匀且抗蚀性差，难以抵抗恶劣环境的腐蚀的。 为了解决上述问题，有必要对铝合金的腐蚀机理有所了解。一般而言，金属在满足以下5个基本条件下就会受到腐蚀:(1)阳极;(2)阴极;(3)阴一阳之间存在着连续接触;(4)电解质溶液;(5)阴极反应物(如氧气、水或氢气)。 铝合金的腐蚀电化学反应为： Al 3++ 3e-( 1) O2 + 2H20 + 4 e - -(中性/碱性) (2) 2H ++ 2 e-H 2（g）(酸性) (3) 由于原电池作用加速了铝腐蚀，有机或无机阻隔层和钝化剂可避免合金与电解质接触而发生阴极反应，与此同时也抑制腐蚀电子向金属界面的传导;另外钝化剂(如铬酸盐)形成的不溶性氧化物沉积在受腐点，使活性腐蚀点(如晶界、晶族、凹坑、沉淀析出处)减少，从而阻挡水、氧或电解质的进一步渗透，降低腐蚀速率。