雙相不銹鋼中主要合金元素作用

不銹鋼中最重要的是銘元素，當質量分數超過10.5%時，氧化介質中的鋼會在表面形成一層致密的薄膜，避免鋼被進一步腐蝕，這種鈍化現象是不銹鋼之所以“不銹”的原因。元素含量也對不銹鋼的力學性能和耐腐蝕性能有較大影響。因此，設計合適的合金含量對于鋼種的開發具有重要的意義。一直以來，Schaeffler相圖在雙相不銹鋼設計相平衡工作中起到了重要的作用。

Schaeffler相圖初期用來表征化學成分和焊縫金屬組織之間關系，在后來才推廣到可變形的鋼中。Schaeffler公式主要用來計算錦當量Creq和銘當量Nieq，式（1-5，1-6）。

為了更精準地表征其他元素對金屬組織的影響，Delong37，38]對錦當量的計算方法進行了修正，在公示中加入了氨元素對奧氏體的影響，如公式（1-7）所示。

Creq=Cr%+Mo%+1.5xSi%+0.5xNb%（1-5）

Nieq=Ni%+30xC%+0.5xMn%（1-6）

Nieq=Ni%+30xC%+30xN%+0.5xMn%（1-7）

需要指出的是，在實際生產及應用中，對于組織的影響因素很多，除了元素含量外，還要綜合考慮冷速、熱加工過程等對組織造成的影響，并結合實際生產經驗來對合金配比進行調整。在鐵銘合金中加入鎳氮錳等奧氏體形成元素，則不銹鋼中會形成穩定的奧氏體結構。

因此，不銹鋼中的顯微組織結構由鐵素體形成元素（Cr、Mo、Si等）和奧氏體形成元素（Ni、Mn、N等）含量共同決定。在不銹鋼中，主要元素的具體作用如下：Cr：銘元素是強烈形成和穩定鐵素體相并縮小奧氏體相區元素，雙相不銹鋼中的Cr含量一般不低于18%。銘元素可以大幅度提高不銹鋼的耐蝕性，此外，銘含量的增加會使雙相不銹鋼的屈服強度提高。

Mo：鋁元素是鐵素體強烈形成元素，其形成鐵素體的能力與Cr元素相當。鋁可以明顯提高不銹鋼的耐腐蝕性，其提高耐點蝕和耐縫隙腐蝕能力是銘的三倍。鋁對于析出相的生成有促進作用，可以使析出相TTT曲線析出范圍加寬，鼻溫升高，增加雙相不銹鋼的脆化傾向[40，41]。鋁元素使得不銹鋼在酸性介質中陽極區電流密度下降2~3個數量級，并在鋼的表面形成穩定的保護膜，提高雙相不銹鋼在高氯化物濃度介質中的耐腐蝕性能。此外，鋁和氫具有協同配合作用，兩者可以組織鈍化膜溶解，使不銹鋼具有更高的點蝕電位。同時，銘元素越多，鋁提高耐腐蝕效果越明顯。

Si：硅元素是鐵素體形成元素，其形成鐵素體能力是銘元素的1.5倍。硅元素的加入可以在不銹鋼表面形成保護膜，增強不銹鋼的耐酸腐蝕能力。但是在雙相不銹鋼中硅元素并沒有廣泛應用，原因是硅元素會使富銘鋁金屬間相的析出。此外，在焊接或暴露在400℃以上的高溫下時，會促進金屬間化合物的析出。

Ni：錦元素是強烈形成和擴大奧氏體區元素，可以通過錦元素加入的量來調控兩相比例來提高雙相不銹鋼的耐腐蝕性能。鎳元素在奧氏體不銹鋼中含量較高，一般高于6%，在雙相不銹鋼中含量較低，一般在1.5-7%之間。文獻中提出，當錦含量低于5%時，雙相不銹鋼的強度和韌性會隨著錦的含量增加而增加。

C：碳元素也是強烈形成奧氏體相元素，其形成奧氏體的能力是錦元素的30倍，碳元素還可以提高不銹鋼的強度，但是在雙相不銹鋼中，過高的碳元素會在晶界處形成富銘的碳化物，使得鋼的耐晶間腐蝕性能嚴重下降，此外還會使鋼的塑性和韌性嚴重下降。因此在雙相不銹鋼中要嚴格控制碳含量。

N：氨元素是奧氏體形成元素，是錦元素形成奧氏體能力的三倍。氫元素在雙相不銹鋼中作用很重要，它可以替代錦元素達到節約成本的目的，同時還可以減少析出相的生成[48，49]。氨元素可以通過影響合金元素在兩相中的分配系數來提高耐蝕性能。研究發現，氮元素可以有助于鐵的溶解，增加鈍化膜中的銘含量增加來提高耐點蝕能力；氫的富集使表面膜不易破裂，而鋁有利于再鈍化，兩者結合降低了鋼表面點蝕發生的可能性。

Mn：錳元素是較弱的奧氏體形成元素，其錦當量為0.5。在不銹鋼中，當Mn含量逐漸增加時，可以使氨元素在鋼中的固溶度大幅度提高。在生產中，常利用該特性采用鋼種加錳和氫元素來代替較貴的錦元素，以節約成本。猛可以促進。相的析出，使鋼的韌性和韌性下降，并且會對鋼的低溫韌性和焊接性產生負面影響。

Cu：銅元素是奧氏體穩定和形成元素，錦當量為0.33。雙相不銹鋼中加入適量的銅元素可以提高鋼的強度和耐腐蝕能力，但是在熱加工過程容易產生“銅脆”現象。相比于雙相不銹鋼的其他元素，銅元素熔點較低，在凝固過程最后凝固，因此會在液相中富集形成銅析出相。銅的析出會使界面結合能降低而弱化晶界強度，在變形的過程中容易產生裂紋。經研究發現，雙相不銹鋼中添加小于1%的銅元素可以提高抗點蝕能力，但當銅元素含量高于1%后，隨著銅含量的增加，耐點蝕能力提高并不明顯。