双相不锈钢中主要合金元素作用有哪些

 一般认为，理想的双相不锈钢两相组织比例为铁素体与奥氏体相比例之比约为1：1的相组成。双相不锈钢中含有众多的形成元素，这些元素之间的相互作用十分复杂，特别是主要组成元素铬、钼、镍、氮，他们之间的配比对双相不锈钢产品的性能起到至关重要的决定性作用。这些主要合金元素在双相不锈钢中作用主要为：

一、铬（Cr）

  铬是典型的铁素体形成元素，是不锈钢中的主要合金元素，它降低钢的钝化电流，使双相不锈钢易钝化，保持钝化膜的稳定性，并能提高钝化膜破坏后的修复能力，使钢的再钝化能力增强。铬能够显著提高钢的抗高温氧化和耐蚀性能。但是铬含量的增加会促使各类金属间相的析出，而显著降低双相不锈钢的塑性、韧性及耐腐蚀性能。通常，双相不锈钢中铬元素的含量一般控制在22%-27%范围内为宜。

二、镍（Ni）

  镍是强烈形成并稳定奥氏体相的元素，这就意味着向铁基合金中添加一定量的镍能够使晶体结构发生改变，促使体心立方（铁素体）向面心立方（奥氏体）的转变。镍能够增强材料在酸性介质或非氧化性介质中的耐蚀性能。铁素体不锈钢含有极微量的镍甚至不含镍，双相不锈钢中一般含有4%-7%的镍，而300系列奥氏体不锈钢含镍量则要求不低于8%。正是这种面心立方结构才决定了奥氏体不锈钢具有优异的韧性。而双相不锈钢由铁素体和奥氏体两相组成，奥氏体的面心立方结构也极大增强了双相不锈钢整体韧性。在铬、钼含量不变的情况下，其耐蚀性能随着镍含量的加大而提高。向奥氏体不锈钢中添加镍元素，能够抑制有害金属间析出相的形成，但镍的这种抑制作用远远不如氮对于双相不锈钢有害金属间相的抑制作用有效。镍在双相不锈钢中最主要的作用是控制奥氏体组织结构的比例。

三、钼（Mo）

  钼是显著提高双相不锈钢耐点蚀性能的重要元素，钼同时富集在靠近基体的钝化膜中，提高了钝化膜稳定性，其耐点蚀能力约为铬的3倍。钼是铁素体形成元素，也是σ相的富含元素，会促使σ等金属间相的析出，增加脆性倾向。因此，双相不锈钢中钼的含量通常小于4%。钼元素会富集在靠近基体的钝化膜中，可以提高钝化膜的强度，增强局部腐蚀性能，尤其是抗氯离子点蚀性能，提高低PH值的高浓氯化物中的保护性，又可以提高材料在硫酸、磷酸及有机酸等还原性介质中的耐蚀性能。钼在双相不锈钢中最重要的作用是增强耐蚀性的能力。

四、氮（N）

  氮是强奥氏体形成元素，对改善不锈钢的机械性能和腐蚀性能非常有效。它是固溶强化最有效的元素，能够显著提高钢的强度。氮在提高钢的强度的同时，还能够增强钢的韧性氮能够延缓金属间相的形成，使得双相不锈钢具有足够的时间进行加工和制造。氮具有较好的固溶强化作用，并增强细晶强化的效果。氮还可以抑制因含高铬和钼带来的易形成。相的倾向。

  氮能够促使钼向铁素体相转移，可以提高奥氏体相的耐缝隙腐蚀和孔蚀的能力。对于氮元素，在奥氏体与铁素体中的含量差异非常明显，氮在奥氏体中的含量远大于在铁素体中的含量，主要由于：氮为间隙元素，扩散速率快；氮是奥氏体形成元素，在奥氏体相中溶解度比铁素体高。氮对双相不锈钢中铁素体相和奥氏体相起到平衡作用。随着氮元素的增加，点蚀引发和随后向基体的进一步扩展的阻力增加。双相不锈钢中一般加入几乎接近溶解度极限含量的N，只有铁素体形成元素铬和钼与奥氏体形成元素镍和氮达到平衡，才能获得期望的双相组织。

五、锰（Mn）

  锰也是奥氏体形成元素，作用相当于镍元素的二分之一。锰在双相不锈钢中主要是代替一部分Ni，节省一定的生产成本，提高经济效益。一般情况下，不锈钢中都会有一定量的锰。锰可以降低钢的临界淬火速度，在冷却过程中增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解。能够提高双相不锈钢的强度和临界缝隙腐蚀温度，也可以提高材料的拉伸性能。但其对耐点蚀性能不利，锰会与钢种的S形成MnS夹杂，成为点蚀萌生的优选部位，加入Mo可以降低Mn的不良影响。

六、碳（C）

  碳元素的作用之一是对基体组织晶体点阵类型的影响，碳是最强的奥氏体形成元素，促进奥氏体生长，扩大奥氏体相区。碳还可以增加钢的强度。但是碳会形成金属间碳化物，碳化物的析出对钢的力学性能、晶间腐蚀和耐孔蚀能力都具有有害的影响。