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不锈钢的性能与组织及各元素的作用
不锈钢的性能与组织
目前已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响 的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。
实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。
0Cr20Ni29Mo3Cu4Nb不锈钢又称“20”合金或“20Cb”合金，是一种铬镍钼铜高合金奥氏体不锈钢。其特点是在硫酸、硝酸及其混酸和其他多种氧化还原介质中均有较好的耐蚀性。特别是在稀硫酸（浓度在30% 以下）环境中能发挥其良好耐蚀性的优势。该钢种热加工、冷加工及焊接性能均优良，并且也容易铸造成形。主要用于各种化学加工（如炼油、制药、化肥和合成橡胶等）、食品加工、纺织、造纸及湿法冶金等工业中，在硫酸、硝硫混酸和磷酸及其他还原性介质条件下使用的反应器、换热器、贮槽、泵和阀门及其他构件。但是近些年来，在该钢种成分的基础上将镍含量提高5% ，发展出了00Cr20Ni35Mo3Cu4Nb 铁镍基耐蚀合金（又称“20Cb-3”合金），其耐硫酸腐蚀和耐应力腐蚀破裂的性能等比该钢种进一步提高，在很多应用场合取代了该钢种。因而作为变形材应用的0Cr20Ni29Mo3Cu4Nb 不锈钢大有逐渐被淘汰之势，但是作为铸造合金的该钢种依然有着广泛的应用。
1Cr18Ni12和0Cr18Ni9Cu3两种不锈钢的耐蚀性很相近，在湿汽、盐雾及海洋大气中抗锈性均很好，在很多种有机和无机的化学介质、食品及消毒液中，其耐蚀性均良好，对硝酸耐蚀性较好，对硫酸只在较小程度上耐蚀，而不耐盐酸及其他卤化物酸的腐蚀。在三种代表性的腐蚀环境中0Cr18Ni9钢和0Cr18Ni9Cu3钢耐蚀性的对比列于表4-53，可看出两者的耐蚀性基本相当。
表4-53? 0Cr18Ni9和0Cr18Ni9Cu3钢的耐蚀性，mm/a
实验条件 65%HNO3沸48h 5% H2SO4，沸48h 1%HCL，沸，48h
0Cr18Ni9Cu3 0.45 5.5 4.3
0Cr18Ni9 0.30-0.60 3.0-15.0 3.0-10.0
由于这两种不锈钢碳含量较高，故当其在450-900℃温度区间内加热或缓慢冷却通过该温度区间时，铬的碳化物就会沿晶界析出，导致耐晶间腐蚀性能下降。因此在设备制造和应用中应尽力避免这种情况。实在无法避免时，需视使用条件酌情再度固溶处理，以恢复材料良好的耐蚀性。
高硅含量使00Cr18Ni15Si4钢对浓硝酸和含氧化剂的硝酸有非常出色的耐蚀性。而且硝酸浓度愈高（尤其是超过80%以后），其他不锈钢越不耐蚀时，该钢种越显示出极低的腐蚀率。图4-15是在沸腾浓硝酸中该钢种与0Cr18Ni9钢耐蚀性的对比。浓度超过90%的沸腾硝酸中，00Cr18Ni15Si4钢的腐蚀率低于0.02mm/a，而0Cr18Ni9钢的腐蚀率则在1.5mm/a以上。
该钢种由于碳含量极低，即使在敏化状态下耐晶间腐蚀性能也很好。休氏法晶间腐蚀实验（65%HNO3，沸腾，10×48h）的腐蚀率仅为0.6g/(m2.h)。
00Cr18Ni15Si4钢可进行锻造和热轧。热加工加热温度为1080-1140℃（钢锭加热控制在1120℃以下），停锻温度为900℃。加热炉气氛要保持为弱氧化性，以防止锻件增碳。工件加热要均匀、烧透，避免火焰直接喷射和局部过热，由于再结晶速度较慢（特别是当温度较低时），要注意及时回炉加热。
冷加工成形也容易进行，但由于加工硬化较快及变形量较大时容易变脆，要及时进行中间软化退火。冷弯时弯曲半径不宜太小。
该钢种正确的热处理制度为1100-1140℃加热后水冷（固溶处理），加热炉气氛应为弱氧化性。热加工、冷加工和焊后都要进行固溶处理。要注意固溶处理温度不能过低，否则耐蚀性和力学性能（塑性和韧性）都会受影响。在敏化温度区间（500-950℃）不宜较长时间受热或缓慢冷却通过。
该钢种可使用包剂焊条进行手工电弧焊或惰性气体保护焊。但应采用和低热输入、低电流和小直径焊条，层间温度也应较低。焊接材料成分应与母材基本相同，焊缝中的δ-铁素体量不得超过10%。
