耐热不锈钢中合金元素的作用

耐热不锈钢一般是通过向基体中添加大量的合金元素，即改变钢的成分，从而改善耐热钢的组织结构，进而改变其力学性能，物理性能，加工性能，使其达到材料所需的使用性能。一般，耐热不锈钢中的合金元素有五种存在状态：1.）合金元素与铁元素形成间隙固溶体或置换固溶体，如铁素体，奥氏体等。2.）合金元素与碳元素形成碳化物，如Fe3C、Cr23C6等。3.）合金元素间形成金属间化合物，如Fe2Nb、FeCr等。4.）合金元素与非金属元素形成非金属夹杂物，如MnS等。5.）以游离态存在，既不溶于金属基体，也不易形成化合物，如铅、铜元素。碳元素：耐热钢主要应用于高温环境，高温下合金元素易与碳形成脆硬的碳化物，降低材料塑性，故对于锅炉高温部件，一般都为低碳钢。

氮元素：N能稳定奥氏体组织，且与其它合金元素形成的氮化物可起到固溶强化的作用，进而提高材料抗拉强度，硬度和延伸率。同时，氮有助于氧化膜的形成，也能提高不锈钢的局部腐蚀性能。

铌元素：Nb主要以固溶体或第二相Nb（C，N）两种方式存在于耐热钢中，可起到细晶强化及沉淀强化的作用。当含量不高于0.40%时，铌含量越高，其耐海水、耐大气腐蚀的能力越强；同时，铌的碳化物和氮化物能增强耐蚀性，提高强韧性并降低钢的脆性转变温度。

铬元素：Cr是耐热钢中最主要的一种合金元素，决定着耐热钢的抗腐蚀性能。加入铬能使钢变为完全的铁素体组织，提高抗氧化性和耐腐蚀性。铬是通过在基体表面形成一层致密保护性氧化膜，来增强其抗高温氧化性和耐蚀性。同时，在金属基体中加入铬元素，还可以在提高其硬度，强度和耐磨性的同时，不影响塑韧性，并能提高屈服点、电阻和导磁率。

镍元素：Ni能扩大奥氏体相区并稳定奥氏体，其重要作用就是保证耐热不锈钢具有单相的奥氏体组织，进而使合金获得良好的强韧性和加工性能。此外，镍能改善Cr的氧化膜的成分和结构，使其形成更具有保护性的尖晶石结构的氧化膜，提高高温抗氧化性。但Ni含量过高，会加剧碳氮化合物的析出倾向，并提高晶界腐蚀敏感性。

锰元素：Mn也是奥氏体形成元素，它促进奥氏体形成的能力较弱，但具有很强的稳定奥氏体组织的作用。适量的锰，能使钢的临界冷却速度降低，淬透性提高，但大量的锰，会降低不锈钢的耐蚀性且使加工成型性降低。

铝元素：Al能够降低氧分压，在提高钢耐高温氧化性和耐蒸汽腐蚀性能上起主导作用。但铝极易氧化，故在冶炼过程中较难控制其添加含量；同时，铝加入量不高，因其易与N反应生成氮化物，影响钢的性能。

硅元素：Si是铁素体形成元素，能够显著提高耐热不锈钢在氧化性较强介质中的抗氧化性。同时，由于Si会促进Laves等脆硬相的生成，故降低其含量有利于提高材料的韧性。一般合金中Si含量在0.3%左右，不高于3.5%，否则，将使钢脆性增大。