题目

不锈钢中的化学成份及作用是什么?

提问时间：2020-11-03

答案

不锈钢之所以有优良的防锈性和抗腐蚀性,在于不锈钢表面的Cr易与大气中的氧生成Cr2O3的致密钝态氧化膜2,将大气中的水气及氧阻绝在外,保护基材不继续受氧化影响而腐蚀,即使材料本身受到外力或化学方式破坏表面,Cr2O3也能迅速再生成.
除耐蚀性之外,不锈钢亦具有耐热性、耐高温腐蚀性、高温强度等优点,另一方面不锈钢机械性质虽不如碳钢,但加工硬化现象较碳钢为高,因此常使用加工硬化来达到强度的要求.
导磁性部分,一般传统观念认识不锈钢一定没有磁性,甚至以此来判断不锈钢和碳钢,但其实不然,在不锈钢中,具沃斯田铁相的不锈钢才具有无磁性特点（但不包括冷作加工后的）,肥粒铁和麻田散铁相的不锈钢依旧具有磁性.
不锈钢既为一高合金钢,其成份影响材料特性甚巨,各添加的合金元素对不锈钢的影响整理如下：
1、铬Cr：
为不锈钢主要的添加元素,一般在12%以上,因可生成Cr2O3钝态保护膜,是不锈钢具耐蚀性最大的原因,Cr含量的增加,保护膜的稳定度也相对提升.能耐高温氧
化及氧化酸,但还原酸（H2SO4、HCL）会溶去Cr2O3氧化膜使之无法重新生长故仅含铬的不锈钢在还原酸的环境中受腐蚀的速率仍高.另外Cr也是肥粒铁相的 安定元素（Cr当量表示肥粒铁相的安定度）,使不锈钢具有质软延展性好、高温强 度佳的特性.
2、镍Ni：
铬钢中加入Ni可增强不锈钢钝态保护膜在还原酸中的耐蚀性,同时也是沃斯田铁相的安定元素（Ni当量表示）,使高温沃田铁相在常温仍继续保持安定.另外增加Ni的添加可减低不锈钢的加工硬化性使之具有韧性.
3、碳C：
加入C可因原子间隙强化而提高不锈钢的强度,同时是沃斯田铁相的安定元素,但因敏化（后述）的影响,而有局部腐蚀现象（晶界腐蚀）,故以腐蚀观点来看,宜降低含碳量（0.03%以下）,但会降低强度和硬度,此时可利用后续的加工硬化来达到要求的强度,或添加N来改善（C：N = 1：2）.
4、硅Si：
杂质成份,可减少高温时的锈皮产生、增加耐热性、高温强度佳、肥粒铁相的安定元素.
5、锰Mn：
提高强度、可取代Ni的添加（Mn：Ni = 4：1,可降低成本）、沃斯田铁相安定元 素,但对炼制的过程来说,添加过多的Mn会严重侵蚀炉壁.
6、磷P：
杂质成份,一般在0.045%（0.04%）以下.
7、硫S：杂质成份,一般在0.03%以下,但增加S可改善材料的切削性（因沃斯田铁相不锈 钢材质黏韧,切削加工性不良,亦会造成刀具的毁损,而S与Mn生成MnS纺锤 体组织的介在物,易切断车屑）.
8、钼Mo：
增加Mo可强化钝态膜,有利于耐孔蚀,提高对氯离子的抵抗性；2%以上的Mo可有效改善耐硫酸侵蚀的效益；另一方面亦增加硬化能4、肥粒铁相安定因素.
9、铜Cu：
增加非氧化性气氛的耐蚀性；3%以上的Cu有析出强化效果；降低不锈钢加工硬化 效应,使之易冷作成形；但热间加工性差、会发生热脆化.
10、氮N：
沃斯田铁相安定因素,增强常温及高温的强度（与C同）,但几乎不影响耐蚀性.
11、钛Ti、铌Nb、钽Ta：
再钢中取代Cr与C形成安定化的碳化物,减少Cr23C6的析出而产生缺铬区（抗敏化,钛的添加量为Ti = 5(or 6) x C,0CR,或Ti = 5 x (C-0.02)）,1CR.但Ti添加太多时,在铸造时容易堵塞铸嘴.近年来由于低碳钢种开发（xxxL）,使得加Ti的使用 减少许多.
12、铝Al：
晶粒细微化、析出强化效果.
13、硼B：
可增加Cu的固溶量：提高冷加工性.
14、硒Se：
改善切削性质.