鎳在不銹鋼水管中的作用
鎳在不銹鋼水管中的主要作用在于它改變了鋼的晶體結(jié)構(gòu)。在不銹鋼中增加鎳的一個(gè)主要原因就是形成奧氏體晶體結(jié)構(gòu),從而改善諸如可塑性、可焊接性和韌性等不銹鋼的屬性,所以鎳被稱為奧氏體形成元素。普通碳鋼的晶體結(jié)構(gòu)稱為鐵氧體,呈體心立方(BCC)結(jié)構(gòu),加入鎳,促使晶體結(jié)構(gòu)從體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎?FCC)結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)被稱為奧氏體。然而,鎳并不是唯一具有此種性質(zhì)的元素。常見的奧氏體形成元素有:鎳、碳、氮、錳、銅。這些元素在形成奧氏體方面的相對(duì)重要性對(duì)于預(yù)測(cè)不銹鋼的晶體結(jié)構(gòu)具有重要意義。
目前,人們已經(jīng)研究出很多公式來表述奧氏體形成元素的相對(duì)重要性,著名的是下面的公式:奧氏體形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%
從這個(gè)等式可以看出:碳是一種較強(qiáng)的奧氏體形成元素,其形成奧氏體的能力是鎳的30倍,但是它不能被添加到耐腐蝕的不銹鋼中,因?yàn)樵诤附雍笏鼤?huì)造成敏化腐蝕和隨后的晶間腐蝕問題。氮元素形成奧氏體的能力也是鎳的30倍,但是它是氣體,想要不造成多孔性的問題,只能在不銹鋼中添加數(shù)量有限的氮。添加錳和銅會(huì)造成煉鋼過程中耐火生命減少和焊接的問題。從鎳等式中可以看出,添加錳對(duì)于形成奧氏體并不非常有效,但是添加錳可以使更多的氮溶解到不銹鋼中,而氮正是一種非常強(qiáng)的奧氏體形成元素。在200系列的不銹鋼中,正是用足夠的錳和氮來代替鎳形成100%的奧氏體結(jié)構(gòu),鎳的含量越低,所需要加入的錳和氮數(shù)量就越高。例如在201型不銹鋼中,只含有4.5%的鎳,同時(shí)含有0.25%的氮。由鎳等式可知這些氮在形成奧氏體的能力上相當(dāng)于7.5%的鎳,所以同樣可以形成100%奧氏體結(jié)構(gòu)。這也是200系列不銹鋼的形成原理。在有些不符合標(biāo)準(zhǔn)的200系列不銹鋼中,由于不能加入足夠數(shù)量的錳和氮,為了形成100%的奧氏體結(jié)構(gòu),人為的減少了鉻的加入量,這必然導(dǎo)致了不銹鋼抗腐蝕能力的下降。
300系列不銹鋼是一種含有鐵、碳、鎳和鉻的合金材料,一種無磁性不銹鋼材料,比400系列不銹鋼具有更好的可鍛特性。由于300系列不銹鋼的奧氏體結(jié)構(gòu),因此它在許多環(huán)境中具有很強(qiáng)的抗腐蝕性能,具有很好的抗金屬超應(yīng)力引起的腐蝕所造成的斷裂的性能,而且其材料特性不受熱處理的影響。
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