碳在不銹鋼鍛件中的作用主要有兩方面:一方面,碳和鉻的親和力很強(qiáng),它與鉻能形成一系列的復(fù)雜碳化物。鋼中的碳含量越高,形成的碳化鉻就越多。在不銹鋼的鍛造過程中當(dāng)w(Cr)< 10%時(shí),主要是滲碳體型碳化物(Fe、Cr)3C;在高鉻鋼中則形成復(fù)雜的碳化物 (Cr、Fe)7C3或(Cr、Fe)23C6。這樣,固溶體中的鉻含量就減少了,鋼的耐蝕性也就降低了。鋼中的碳含量越髙,其耐蝕性就越低。對(duì)于不銹鋼鍛件來說,耐蝕性是其主要要求,因此不銹鋼中碳含量一般要求很低,大多數(shù)僅為0.10%?0.20% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)),一般不超過0.4% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))。另一方面,不銹鋼鍛件的強(qiáng)度隨鋼中碳含量的增加而提高。在一些要求不銹鋼鍛件具有高的硬度和耐磨性的場(chǎng)合;如不銹鋼材質(zhì)的滾動(dòng)軸承、彈簧、模具和刃具就要求具有高的硬度和強(qiáng)度,所以在馬氏體不銹鋼中,為了產(chǎn)生馬氏體相變,鋼中碳含量一般在0.1%?1.0% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))間變動(dòng)。 隨著鋼中碳含量的增加,淬火后鋼的硬度隨之提高,耐磨性相應(yīng)提高,同時(shí)鋼的強(qiáng)度也得到提高,而塑性則相應(yīng)降低,耐蝕性也下降。為此,就必須相應(yīng)地提高鋼中的鉻含量,生產(chǎn)如9Cr18、85Crl7及90Crl8MoV等不銹鋼。
鎳是形成奧氏體的合金元素,但是鎳的作用只有與鉻配合才能充分表現(xiàn)出來。 如果單純使用鎳,在低碳鎳鋼中要獲得純奧氏體單相組織,鎳含量就需要高達(dá)24% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上,事實(shí)上鎳含量需要達(dá)到27% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),才能顯著地提高不銹鋼鍛件的耐蝕性,所以在不銹鋼鍛件中沒有單獨(dú)以鎳作為合金元素的。當(dāng)鎳和鉻配合時(shí),鎳提高鋼的耐蝕作用就能顯著地表現(xiàn)出來,如向鐵素體不銹鋼鍛件中加入少量鎳,即可使金相組織由單相鐵素體組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體-鐵素體雙相組織,這樣就可以通過熱處理來提高其強(qiáng)度。進(jìn)一步增加鎳量,則可變?yōu)閱蜗嗟膴W氏體,這就是廣泛應(yīng)用的18-8型鉻鎳奧氏體不銹鋼,它具有高的耐蝕性和良好的形變、焊接性,并且沒有磁性。
鎳在純?chǔ)?Fe中的最大溶解度為25%?30% ,當(dāng)含有高碳時(shí)仍能留在鐵素體中,借固溶效應(yīng)對(duì)未硬化的鋼進(jìn)行強(qiáng)化。鎳能擴(kuò)大鈍化范圍,提高耐蝕性,尤其在非氧化性介質(zhì)(如稀硫酸)中。鎳的碳化物形成傾向比鐵弱一些,能促進(jìn)石墨化,并微弱地增大鋼的淬透性,對(duì)激冷不敏感的鋼有用。在中碳與高碳鋼中含有有效含量時(shí),淬火后傾向于保留奧氏體。