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碳元素在不锈钢中的作用

发布时间:2023-11-09 18:33 人气:

碳元素在不锈钢中的作用
碳是不锈钢中仅次于铬的第二号常用元素,不锈钢的组织和性能在很大程度上取决于碳含量及其分布状态。
碳是稳定奥氏体元素,它对奥氏体的稳定作用很强烈,约为镍的30倍。图1-3显示碳对不锈钢奥氏体区的影响。在高温下处于α或α+γ相区的铬钢是不能或很难通过淬火得到马氏体组织的。以含铬13%的钢为例,碳含量小于0.08%时为铁素体钢,碳含量0.08%~0.15%时为半马氏钢,碳含量大于0.15%时为马氏体钢。
碳能显著提高不锈钢的强度,从2Cr13、3Cr13、4Cr13到9Cr18,钢的强度随碳含量增加逐级提高。在奥氏体钢中碳也是最有效的固溶强化元素。表1-3显示奥氏体钢抗拉强度和屈服强度随碳含量增加而上升。
不锈钢奥氏体化时碳的最大溶解度为0.50%,在冷却过程中碳的溶解度减少,不断析出,由于碳和铬的亲和力很大,它能与铬形成一系列复杂的碳化物,碳化物的类型因钢中铬含量的不同而异。含铬小于10%的钢,主要为渗碳体型碳化物(Fe.Cr)3C,高铬钢中的碳化物为复杂碳化物Cr7C3和Cr23C6。碳化物中的铬可以被置换,以(Fe.Cr)7C3和(Fe.Cr)23C6的的形式存在。不锈钢中的碳化物主要以(Fe.Cr)23C6形式存在。
碳与铬形成碳化物时要占用不锈钢中的一部分铬,以Cr23C6为例计算:
Cr23C6:(铬原子量×23)/(碳原子量×6)=(52×23)/(12×6)≈17
不锈钢中的碳要与17倍的铬结合,生成碳化物,固溶体中的铬含量必然要减少,钢的耐腐蚀性能就要降低。如果形成碳化物后固溶体中的铬含量低于11.65%,就不能称其为不锈钢,模具钢Cr12和Cr12MoV就是一例。0Cr13~4Cr13五个牌号标准中规定含铬量为12.0~14.0%,就是考虑到碳要与铬形成碳化物确定的。
因为碳对耐腐蚀性能有不利的影响,奥氏体和铁素体钢很少采用碳来强化,其含碳量多在0.15%以下。马氏体钢的含碳量大多在0.10%~0.40%范围内。
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