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不锈钢结构简介及主要合金元素
发布者:不锈钢管厂(www.zjhstg.com) 发布时间:2021/5/5 阅读:422

  伴随着经济的迅速发展,普通碳素钢和低合金结构钢(普通钢)结构得到广泛应用,相比钢筋混凝土结构发挥了钢材轻质高强、韧性和塑性良好的优点。然而,由于普通碳素钢和低合金结构钢耐腐蚀性能很差,导致钢结构在使用中不可避免地需要进行全周期防腐处理,这一方面会增加成本,另一方面仍不能完全解决腐蚀问题。腐蚀会导致钢构件净截面面积不断减小,承载能力降低,进而影响整个结构的安全性。

 

  不锈钢材料在20世纪初首次被发现,如今已广泛应用于军事工业、航空航天、钻井平台、跨海大桥及建筑装饰行业,除了具有普通钢的优点外,还具有耐腐蚀、美观、耐火、延性好、维护费用低等特点,越来越受到建筑师的青睐。目前,已有多个国家和地区发布了不锈钢结构设计规范,其中,美国规范(SEI/ASCE8-02) 和 澳大利亚/新西兰规范(AS/NZS4676:2001) 适用于冷成型不锈钢结构的设计,欧洲规范(EN1993-1-4:2006) 和中国规程(CECS410:2015) 则适用于冷成型及焊接成型不锈钢结构的设计。然而,由于不锈钢焊接结构设计规范缺乏足够的研究支撑,相关建议设计公式的适用性还有待进一步验证。

 

一、稳定铁素体元素

 铬是不锈钢中最重要的合金元素,只有当铬的原子比达到1/8时,电极电位才会跳跃式地增高,耐蚀性才会明显提高,所以铬含量至少要达到11%以上,含量越高耐蚀性越好。

 

 钼可以增强钢的钝化作用,从而提高钢的耐腐蚀性能,包括全面腐蚀和点蚀。钼还可以提高不锈钢在高温时的强度,但钼的含量不能加得太多,超过6%就会生成钼的第二相,使钢的脆性增加。

 

 钛和铌是稳定铁素体元素,同时也是强碳化物形成元素,比铬更容易形成碳化物,因此钢中的碳会先与钛或铌结合,对铬形成保护,从而提高耐晶间腐蚀性能和耐高温性能。但由于钛和铌是铁素体形成元素,可能会使钢中产生少量铁素体。

 

二、稳定奥氏体元素

 

 镍是主要的奥氏体稳定元素,在低碳的镍钢中,要获得纯奥氏体组织,镍含量要达到24%以上。当镍和铬共同存在于钢中时,镍的作用会发生很大变化。如在含17%铬的铁素体不锈钢中加入8%镍,就可以获得单相奥氏体组织。镍在不锈钢中配合铬才能更好的发挥作用,改变不锈钢的组织,使不锈钢的可加工性能和耐腐蚀性能得到很大提升。

 

 由于镍价格高且对人体健康有一定影响,所以有用其他奥氏体稳定元素代替镍的趋势。锰是稳定奥氏体的元素,可以加入生物医学的不锈钢中取代部分镍,其效果相当于镍的1/2。氮是一种强烈扩大奥氏体区的元素,其效果相当于镍的25~30倍。加入氮与锰,共同作用取代部分镍,可以达到节约镍的效果,但加入的氮一般不超过0.2%,过高的氮会生成气孔等缺陷。

 

 铜能提高奥氏体的稳定性,但作用效果不大。加入铜可以提高耐蚀性,特别是与钼一起加入,显著提升了不锈钢在硫酸中的耐蚀性。在沉淀强化不锈钢中还可以形成富铜的第二相,从而提高强度。

 
 

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