常存杂质元素对钢材性能的影响

常存杂质元素对钢材性能的影响

普通碳素钢除含碳以外，还含少量锰（Mn）、硅（si）、硫（5）、确（P）等元素。这些元素并非为改善钢材

质量有意加入的，而是由矿石及冶炼过程中带入的．故称为杂质元素。现讨论这些杂质对钢性能的影响。

硫的影响硫是炼钢时由矿石与燃料焦炭带到钢中来的杂质。它是钢中的一种有害元素。硫以硫化铁

（FeS）的形态存在于钢中。Fes和Fe形成低熔点（985 °C）化合物。钢材的热加工温度-般在1150-1200'C以亡，

故当钢材热加工时．由于FeS 化合物的过早熔化而导致工件开裂，这种现象称为热脆。含硫量愈高，热脆现象愈严重，故必须对钢中含硫虽进行控制。高级优质钢；S<0.02〜0.03%,优质钢：S W0.003%〜0.045%

普通钢：S<0.055%〜0.7%以下。

压力容器专用钢材的磷含量（熔炼分析，下同）不应大于0.030％，硫含量不应大于0.020％。

铬不锈钢在铬不锈钢中．起耐腐蚀作用的主要元素是铬。铬能在氧化性介质中生成一层稳定而致密的氧化膜，对钢材起保护作用、因而具耐蚀件。然而其耐蚀性的强弱取决于钢中的含碳量和含铬量。理论与实践研究证明，当含铬量大于11.7％时，钢的耐蚀性会有显著提高，而且含铬量愈多，耐蚀性愈好。由于钢中存在碳元素.碳能与铬形成铬的碳化物（如Cr23C6等），因而消耗了铬，致使钢中的有效铬含量减少.使

钢的耐蚀性降低．故不锈纳中的含碳量都是较低的。为了确保不锈钢具有耐腐蚀性能，实际应用的不锈钢，其平均含铬量都在13％以上。常用的铬不锈钢有Icrl3 、2crl3 、0Cr13、ocrl7Ti 等。

Ti:加入Ti能提高抗高温高压H2-N2-NH3腐蚀的能力，与其它元素配合使用能提高钢抗大气、海水及H2S 腐蚀能力。

Nb: —般与其它元素配合使用，籍以提高钢抗大气、海水、H2S及高温高压H2-N2-NH3腐蚀能力。

Mo能提高钢的强度和高温强度（热强性和蠕变强度），防止钢的回火脆性，能提高钢抗H2S NH3,CO,H2 O,高温高压H2和弱还原酸腐蚀的能力。它与Cu,Cr配合，能提高抗大气腐蚀性能。

Mn主要的强化元素，可熔入铁素体中，也可细化珠光体组织使其强化，提高钢的强度。Mn降低钢的抗腐

蚀能力。在钢铁常规范围内Mn对钢的性能无显著影响。

钛和铌还有防止晶间腐蚀的功能，但不宜过量。钛和铌不仅是铁素体形成元素，而且由于吸收了奥氏体中固溶的碳、氮形成稳定化合物造成的成分变化，均降低了奥氏体的稳定性，促使铁素体形成。含钛钢的表面质量差，铌高易增加焊接裂纹倾向。

不锈钢水压试验时氯离子必须控制在25mg/L内，但如果设备物料中有有CL-，且》25mg/L，改如何处理，

选用什么材质？是对不锈钢进行热处理吗？

16MnR低碳钢即可，不锈钢对Cl离子不管用。首先，消应力的热处理是没有必要的。可采用，降低物料

的cl 含量的办法；或减少cl 聚集--- 抛光的办法解决。

双相钢不是复合钢板，双相不锈钢的固溶组织中铁素体和奥氏体相约各占一半，一般较少相的含量最少也

需要达到30％。双相不锈钢综合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的特点，把奥氏体不锈钢的优良韧性和焊接性与铁素体不锈钢的高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合到一起。双相不锈钢在低应力下有良好的耐氯化物应力腐蚀性能，可取代在此介质条件下易发生应力腐蚀破裂的奥氏体不锈钢18-8 型，可焊性好，焊后不须热处理。由于目前我国双相钢的使用量相对较小，导致生产量不大，所以它的生产成本高。但随着我国推广双相钢

的应用，它的成本也会逐渐下降。国内双相不锈钢生产批量及应用量最大的是2205 型。

双相不锈钢广义为其组织主要由奥氏体相、铁素体相和马氏体相中任何两相所组成的不锈钢，通常所说的双相不锈钢是指奥氏体——铁素体双相不锈钢。它在一定程度上兼有奥氏体和铁素体的双相特性。奥氏体相的存在，降低了高铬铁素体不锈钢的脆性，防止了晶粒长大倾向，提高了韧性和可焊性；铁素体相的存在，提高了奥氏体不锈钢的室温强度、尤其是屈服强度和导热系数，降低线膨胀系数和焊接热裂纹倾向，同时大大提高钢的耐晶间腐蚀、抗氯化物应力腐蚀和腐蚀疲劳等性能。双相不锈钢并不一定两相成分相同，分铁素体基和奥氏体基两种。316L是超低碳不锈钢，相当于国内的00Cr17Ni14Mo2。由于碳含量的降低，

能起到保护Cr 的目的。

氯离子对不锈钢引起应力腐蚀的条件有两个：一个是介质中存在浓度高的氯离子；一个是不锈钢中存在应力。针对第一个条件，可采取降低介质中氯离子的办法。而对于钢材在制造、加工中产生的应力，一般在设备使用前都要进行去应力的热处理。若是在使用时钢材产生了内应力，而介质中也存在着浓度高的氯离子，那么钢材发生应力腐蚀的机会就非常大。

PS:双相不锈钢指的不是复合钢板，而是指钢材存在两相金属：铁素体、奥氏体或马氏体金属。根据设备工况条件可适当选用，而不是无论什么工况都要用上用途非常广泛的奥氏体不锈钢，要是这样的话，设备成本就会大大增加。

还原一个重要的腐蚀因素就是氧浓度，只有达到一定的氧浓度，应力腐蚀才可能产生

奥氏体不锈钢的晶间腐蚀

奥氏作不锈钢在450〜850C保温或缓慢冷却时，会出现晶问腐蚀。合碳量越高，晶间蚀倾向性越大。此

外，在焊接件的热影响区也会出现晶间腐蚀。这是由于在晶界上析出富Cr的Cr23C6o使其周围基体产生

贫铬区，从而形成腐蚀原电池而造成的。这种晶间腐蚀现象在前面提到的铁素体不锈钢中也是存在

的。工程上常采用以下几种方法防止晶间腐蚀：（1）降低钢中的碳量，使钢中合碳量低于平衡状

态下在奥氏体内的饱和溶解度，即从根本上解决了铬的碳化物（Cr23C6）在晶界上析出的问题。通常钢中

合碳量降至0.03 %以下即可满足抗晶间腐蚀性能的要求。（2）加入Ti、Nb等能形成稳定碳化物（TiC

或NbQ的元素，避免在晶界上析出Cr23C6,即可防上奥氏体不锈钢的晶间腐蚀。（3）通过调整钢中

奥氏体形成元素与铁素体形成元素的比例，使其具有奥氏体+铁索体双相组织，其中铁素体占5%一12%。

这种双相组织不易产生晶间腐蚀。（4）采用适当热处理工艺，可以防止晶间腐蚀，获得最佳的耐蚀性。

2. 奥氏体不锈钢的应力腐蚀应力（主要是拉应力）与腐蚀的综合作用所引起的开裂称为应力腐蚀开裂，

简称SCC（Stress Crack Corrosion ）。奥氏体不锈钢容易在含氯离子的腐蚀介质中产生应力腐蚀。当合N i量达到8%一10%时，奥氏体不锈钢应力腐蚀倾向性最大，继续增加含Ni量至45%〜50%应力腐蚀倾

向逐渐减小，直至消失。防止奥氏体不锈钢应力腐蚀的最主要途径是加入Si2 %〜4 %并从冶炼上将N

含量控制在0.04 %以下。此外还应尽量减少P、Sb Bi、As等杂质的含量。另外可选用A-F双用钢，它在Cl-和OH-介质中对应力腐蚀不敏感。当初始的微细裂纹遇到铁素体相后不再继续扩展，体素体含量应在6%左右。3. 奥氏作不锈钢的形变强化单相的奥氏体不锈钢具有良好的冷变形性能，可以冷拔成很细的

钢丝，冷轧成很薄的钢带或钢管。经过大量变形后，钢的强度大力提高，尤其是在零下温区轧制时效果更

为显著。抗拉强度可达2 000 MPa以上。这是因为除了冷作硬化效果外，还叠加了形变诱发M转变。奥氏作不锈钢经形变强化后可用来制造不锈弹簧、钟表发条、航空结构中的钢丝绳等。形变后若需焊接，则只能采用点焊工艺、形变使应力腐蚀倾向性增加。并因部分Y ->M转变而产生铁磁性，在使用时（如仪表

零件中）应予以考虑。再结晶温度随形变量而改变，当形变量为60%时，其再结晶温度降为650C冷变形

奥氏体不锈钢再结晶退火温度为850〜1050'C, 850C则需保温3h , 1050C时透烧即可，然后水冷。4.奥