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不锈钢所含各元素的作用
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，最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
能与组织影响最大的元素是：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。
一、各种元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用
1-1 铬在不锈钢中的决定作用：决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每
种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决
定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内
部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方面得到说
明：
①铬使铁基固溶体的电极电位提高
②铬吸收铁的电子使铁钝化
以上主要的九种元素对不锈钢的性能和组织的影响，除这些元素对不锈钢性能与
组织影响较大的元素以外，不锈钢中还含有一些其他的元素。有的是和一般钢一样为
常存杂质元素，如硅、硫、磷等．也有的是为了某些特定的目的而加入的，如钴、硼、
硒、稀土元素等。从不锈钢的耐腐蚀性能这一主要性质来说，这些元素相对于已讨论
的九种元素，都是非主要方面的，虽然如此，但也不能完全忽略，因为它们对不锈钢
的性能与组织同样也发生影响。
硅是形成铁素体的元素，在一般不锈钢中为常存杂质元素。
钴作为合金元素在钢中应用不多，这是因为钴的价格高及其在其它方面（如高速
钢、硬质合金、钴基耐热合金、磁钢或硬磁合金等）有着更重要的用途。在一般不锈
钢中加钴作合金元素的也不多，常用不锈钢如9Crl7MoVCo 钢（含1.2-1.8％钴）加
钴，目的并不在于提高耐腐蚀性能而在于提高硬度，因为这种不锈钢的主要用途是制
造切片机械刃具、剪刀及手术刀片等。
硼：高铬铁素体不锈钢Crl7Mo2Ti 钢中加0．005％硼，可使在沸腾的65％醋酸中
的耐腐蚀性能提高。加量的硼（0.0006～0.0007％）可使奥氏体不锈钢的热态塑性
改善。少量的硼由于形成低熔点共晶体，使奥氏体钢焊接时产生热裂纹的倾向增大，
但含有较多的硼（0．5～0．6％）时，反而可防止热裂纹的产生。因为当含有0．5～
0．6％的硼时，形成奥氏体－硼化物两相组织，使焊缝的熔点降低。熔池的凝固温度
低于半溶化区时，母材在冷却时产生的张应力，由处于液态．固态的焊缝金属承受，
此时是不致引起裂缝的，即使在近缝区形成了裂纹，也可以为处于液态－固态的熔池
金属所填充。含硼的铬镍奥氏体不锈钢在原子能工业中有着特殊的用途。
磷：在一般不锈钢中都是杂质元素，但其在奥氏体不锈钢中的危害性不像在一般
钢中那样显著，故含量可允许高一些，如有的资料提出可达0．06％，以利于冶炼控
制。个别的含锰的奥氏体钢的含磷量可达0．06％（如2Crl3NiMn9 钢）以至0.08％
（如Cr14Mnl4Ni 钢）。利用磷对钢的强化作用，也有加磷作为时效硬化不锈钢的合金
元素，PH17－10P 钢(含0．25％磷)乃PH－HNM 钢（含0．30 磷）等。
钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金
属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。
1-2. 碳在不锈钢中的两重性
碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的
含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主
要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的
30 倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。所以，
从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。
认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的
不锈钢。
例如工业中应用最广泛的，也是最起码的不锈钢——0Crl3～4Cr13 这五个钢号的
标准含铬量规定为12～14％，就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才决
定的，目的即在于使碳与铬结合成碳化铬以后，固溶体中的含铬量不致低于11.7％
这一最低限度的含铬量。
就这五个钢号来说由于含碳量不同，强度与耐腐蚀性能也是有区别的，0Cr13～
2Crl3 钢的耐腐蚀性较好但强度低于3Crl3 和4Cr13 钢，多用于制造结构零件，后两
个钢号由于含碳较高而可获得高的强度多用于制造 具等要求高强度及耐磨的
零件。又如为了克服18－8 铬镍不锈钢的晶间腐蚀，可以将钢的含碳量降至0.03％
以下，或者加入比铬和碳亲和力更大的元素（钛或铌），使之不形成碳化铬，再如当
高硬度与耐磨性成为主要要求时，我们可以在增加钢的含碳量的同时适当地提高含铬
量，做到既满足硬度与耐磨性的要求，又兼顾—定的耐腐蚀功能，工业上用作轴承、
量具与刃具有不锈钢9Cr18 和9Cr17MoVCo 钢，含碳量虽高达0.85～0.95％，由于它
们的含铬量也相应地提高了，所以仍保证了耐腐蚀的要求。
总的来讲，目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的，大多数不锈钢
的含碳量在0.1～0.4％之间，耐酸钢则以含碳0.1～0.2％的居多。含碳量大于0.4
％的不锈钢仅占钢号总数的一小部分，这是因为在大多数使用条件下，不锈钢总是以
耐腐蚀为主要目的。此外，较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求，如易于焊接及
冷变形等。
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