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合金元素与碳在不锈钢管中的作用
发布者:不锈钢管厂(www.dosprings.com) 发布时间:2015/10/25 阅读:1869

根据合金元素在不锈钢管中与碳的作用,可将合金元素分为两大类:首先是非碳化物形成元素一般合金元素如镍•●、钻•●、铝•●、铜•●、硅•●、氮等在不锈钢管中不能与碳形成碳化物,它们常溶入铁中形成固溶体。或者有时形成金属间化合物,其中硅还具有能促进碳化物分解(石墨化)的作用,这类合金元素被称为非碳化物形成元素。其次是碳化物形成元素另一类合金元素,按照它们与碳的亲和力由强到弱的顺序有钛,锆•●、铌•●、钒•●、钼•●、钨•●、铬•●、锰及铁等,能与碳形成碳化物,所以被称为碳化物形成元素。这些元素都是元素周期表中的过渡族元素,有一个未填满的次电子层,它与碳作用时,碳原子将其价电子填入此层,产生强的金属键,也有可能产生部分共价键。其中铁的碳化物(Fe3C)稳定性最小,钛的碳化物(TiC)稳定性最大。钛•●、锆,铌•●、钒称为强碳化物形成元素,铬•●、锰•●、铁为弱碳化物形成元素。

按照晶体点阵型式的不同可将碳化物分为两大类:首先是简单点阵碳化物碳原子半径与合金元素原子半径的比值小于0.59时,形成简单点阵的间隙相碳化物。这类碳化物有TiC•●、ZrC•●、VC(v4c3)•●、WC•●、MoC•●、NbC以及W2C•●、M02C等。它们具有简单的晶格,一般属于立方晶格或六方晶格,是由金属离子按金属键结合的方式构成。因为碳原子存在于简单晶格的间隙中,致使碳化物具有金属键和金属性质。这类碳化物具有很高的熔点(达3000℃以上),稳定性高,加热时不易溶入奥氏体不锈钢管中,对相变的影响较小。其次是复杂点阵碳化物碳原子半径与合金元素原子半径的比值大于0.59时,形成复杂点阵的碳化物。这类碳化物有Fe℃(正交点阵)•●、Mn℃(正交点阵)•●、Cr7C3(三角点阵)•●、Cr23C6(复杂立方点阵)。它们主要是铁•●、锰•●、铬的碳化物,溶点和稳定性都较低,加热时易熔入奥氏体和参与奥氏体相变,故对相变过程影响较大。复合碳化物在有的合金钢中还可以形成三元或多元的复合碳化物。例如Fe3W3C•●、Fe3Mo3C,其中铁同钨或钼的比例可以改变(Fe4W2C•●、Fe2W4C;Fe4Mo2C•●、Fe2Mo4C),但铁和金属原子的总和同碳的比例是固定不变的,为六比一,这两种碳化物的晶体结构均为复杂立方点阵。

此外,具有相同点阵的碳化物可以彼此无限互溶。如Fe3C与Mn3C可组成(FeMn)3C,TiC与VC可组成(TiV) C, TiC与NbC可组成(TiNb)C等等。合金元素可以部分地置换Fe℃点阵中的铁原子而形成合金渗碳体(FeMn)3C,例如在室温下Fe℃中可以溶入18~20%的铬,1~2%的钼或钨,0.4~0.5%的钒,0.15~0.25%的钛等。合金渗碳体较渗碳体稳定,是一般不锈钢管中碳化物的主要形式。不锈钢管中同时含有多种形成碳化物的合金元素时,将依据它们与碳亲合力的强弱,按照由强到弱的顺序形成碳化物。当不锈钢管中含碳量较低时,强碳化物形成元素将优先与碳结合,弱碳化物形成元素只能溶入固溶体中。当钢中含碳量较高时,碳化物形成元素按照从强到弱的次序形成碳化物。譬如超级奥氏体不锈钢管中含有钼•●、钨和铬时,随含碳量的增加将依次形成M6C (Fe3M03C或Fe3W3C)•●、Cr7C3Fe3C/www.dosprings.com

 
 

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