影响热处理硬度的因素及防止措施
不锈钢中的合金元素主要从以下几个方面发挥作用：①促进钢的钝化膜的生成和稳定；②提高钢的电极电位；③调整钢的组织结构；④减少或消除钢中组织的不均匀性，增强组织的稳定性；⑤平衡或减小碳对耐蚀性的不利作用；⑥强化钢的基体，调整钢的力学性能；⑦改善冷、热加工工艺性能。
在不锈钢的合金元素中，铬是最重要的元素。铬在不锈钢中不仅能显著促进钝化膜生成和稳定，还能显著提高铁基固溶体的电极电位。依据腐蚀的电化学理论，加入铁基固溶体时，只有铬含量达到一定值，即当铬与铁的摩尔比达到1/ 8、2/ 8、3/ 8……n/ 8 时，铁基固溶体的电极电位才会跳跃式地增高，钢的耐蚀性才会明显地提高（见图1）。
由图1可见，当铬与铁的摩尔比达到n/ 8 规律时，产生第一个突变值，即铬与铁的摩尔比为12. 5%时，可使铁的电位由-0. 56V 跃增至0. 2V，从而使钢钝化，钢在大气等弱腐蚀性介质中具有较好的耐蚀性。如不考虑钢中碳与铬的作用，11. 7% （质量分数）就是构成不锈钢的最低限度铬需要量。但由于碳是钢中必然存在元素，它能与铬形成一系列铬的碳化物，为使钢中固溶体的铬含量不低于11. 7% （质量分数），通常把钢中的铬含量适当提高一些，这就是实际应用的不锈钢铬含量最低不低于13% （质量分数）的原因。如果希望进一步提高钢的耐蚀性（例如耐沸腾硝酸腐蚀），就需要更高的铬含量。
镍是奥氏体不锈钢最重要的元素。镍本身是优良的耐腐蚀材料，但是，因其价格昂贵及其他一些因素，使其应用受到一定限制。镍是强奥氏体稳化元素，但是，在低碳的镍钢中要获得纯奥氏体组织，w（Cr）要达到24%以上，而w（Cr）达到27%以上才能使钢在某些介质中改善耐蚀性。但当镍与铬共同存在于钢中时，镍的作用会发生很大的变化。例如，在w（Cr）= 17% 的铁素体不锈钢中，加入2%（质量分数）左右的镍以后，变成了马氏体不锈钢；当w（Cr）提高到8%左右时，一般情况下可获得单相奥氏体组织，即被广泛应用的18-8 型奥氏体不锈钢，其比相同铬含量的铁素体不锈钢和马氏体不锈钢有更优良的耐蚀性，而且，加工性能、焊接性能、低温下的塑性和冲击韧性更好。由此可见，镍在不锈钢中的应用通常配合铬才能更好地发挥作用，才能改变不锈钢的组织，从而使不锈钢的力学性能、加工性能和在某些腐蚀介质中的耐蚀性得到很大的改善。
碳是钢的主要组成元素，碳在钢中的含量及分布形式决定了钢的组织和性能。碳在不锈钢中对组织、力学性能、耐蚀性有很大的影响，可以说是起主导作用的。碳是一种强烈扩大奥氏体区域和稳定奥氏体组织的元素，其作用程度大约是镍的30 倍，碳在不锈钢中对改善组织和力学性能的作用是有益的。但碳是强碳化物形成元素，碳和铬的亲和力大，极易与不锈钢中的铬结合形成化合物，使固溶体中的铬减少，从而使钢的耐蚀性受到影响，特别是这种铬的碳化物沿晶界析出时，会引起该处产生贫铬区，引起晶间腐蚀，对不锈钢的耐蚀性起到有害的作用。随着冶金技术的进步，根据对不锈钢耐蚀性的需求，出现了越来越多的低碳、超低碳的新型不锈钢钢种。由上可见，碳在不锈钢中发挥着有益和有害的两个方面的作用，这一点应在选择和使用不锈钢，以及制定正确热处理方法时予以注意。
钼是改善奥氏体不锈钢和双相不锈钢抗孔蚀能力最主要的元素。钼加入不锈钢中，可增强钢的钝化作用，从而提高钢的耐蚀性。但钼是形成铁素体的元素，如果要使钢获得奥氏体组织，应考虑钢中钼的影响。因此，含钼的奥氏体不锈钢中都适当地提高了镍含量，以平衡钼的作用。在马氏体不锈钢中含有钼时，热处理应适当提高淬火温度，以保证含钼的碳化物充分溶解。
铜是形成奥氏体的元素，但作用效果不大，对组织无显著影响。铜能提高奥氏体的稳定性。不锈钢中加入铜，主要是提高在硫酸中的耐蚀性，特别是与钼一起加入效果更显著，这可能与其在硫酸中具有较高的稳定性有关。铜在沉淀硬化不锈钢中，因时效处理析出富铜的强化相，可提高钢强度。另外，在不锈钢中析出纳米富铜相，提高钢抗微生物腐蚀的性能，形成抗菌不锈钢。
钛和铌都是强碳化物形成元素，比铬更容易形成碳化物。钛和铌在不锈钢中，钢中的碳优先与钛和铌结合，避免铬碳化物形成及沿晶界析出，就保证了在晶界处不存在贫铬区，可有效地防止不锈钢产生晶间腐蚀。为保证不锈钢不产生晶间腐蚀，除保证钢中有足够量的钛和铌外，还应进行适当的热处理，才能充分发挥钛和铌的作用。但钛和铌都是形成铁素体的元素，有可能使奥氏体钢中产生少许铁素体，如果热处理或使用不当，有可能形成δ 相，从而引起脆性，对加工性能产生不利的影响。
氮是一种强烈扩大奥氏体区和稳定奥氏体组织的元素，其作用效果相当于镍的25～30 倍，因此氮可以取代部分镍，达到了节约镍的效果。氮还能提高在含有氯离子介质中的耐点（孔）腐蚀和耐缝隙腐蚀性能。但过高的氮含量可能使不锈钢铸件产生气孔等缺陷，所以加入氮的量要合理控制，其质量分数一般不超过0. 2%。
锰是扩大奥氏体区和稳定奥氏体组织的元素，其作用效果相当于镍的1/2。锰在不锈钢中的应用主要是取代一部分镍，特别是缺镍的国家以锰代镍生产奥氏体不锈钢。锰对提高铁基固溶体电极电位能力不大，形成氧化膜的防护作用也很低，对不锈钢耐蚀性作用不大。当钢中w（Cr）＞ 15% 时，若w（Mn）＞10%，则组织中会增加δ 相含量，反而对钢的耐蚀性和力学性能产生不利作用，所以还应注意控制锰的加入量。
硅是铁素体形成元素，能提高不锈钢中在氧化性介质中的耐蚀性、抗晶间腐蚀性能和抗点腐蚀性能。硅的加入还可改善钢的铸造性能。但硅含量高易促进σ相形成，使铸件脆化，降低钢的力学性能。
铝在不锈钢中应用较少，但在抗氧化钢中添加量较高。当钢中铝达到一定含量时，可使钢钝化，提高在氧化性酸中的耐蚀性。在一些沉淀硬化不锈钢中加入铝，其在时效处理时能析出镍铝金属间化合物，使钢强化。
硫和硒的加入会降低钢的韧性，对耐蚀性也表现出不利作用，一般很少使用。在某些不锈钢中有意识地提高硫含量或加入硒，主要是为提高不锈钢，特别是奥氏体不锈钢的切削性能。
钨在不锈钢中很少应用。随着双相不锈钢的研究开发，发现钨对双相不锈钢提高耐缝隙腐蚀的作用是明显的。一般认为，在不锈钢中钨的功能类似钼，可抑制金属的再溶解，从而起到延缓腐蚀作用，还有的研究认为，一定含量的钨可减少钢的中温脆化倾向。
除了上述各元素外，有的为提高不锈钢的某些性能还加入其他一些元素，如为提高时效硬化不锈钢的硬度加入钴，为提高不锈钢热强性加入钒，为改善工艺性能加入稀土元素等。
虽然以上对合金元素在不锈钢中的作用进行了说明，但实际不锈钢是多种元素共存的，它们的影响要比每个元素在不锈钢中的单独作用更复杂。因此，在实际不锈钢合金化中，不仅要考虑每种元素的自身作用，还要考虑它们之间的相互作用和影响。
2025/08/11 11:07:19
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