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碳元素在不锈钢中的作用

发布日期：2009-06-02

    碳是不锈钢中仅次于铬的第二号常用元素，不锈钢的组织和性能在很大程度上取决于碳含量及其分布状态。
     碳是稳定奥氏体元素，它对奥氏体的稳定作用很强烈，约为镍的30倍。图1-3显示碳对不锈钢奥氏体区的影响。在高温下处于α或α+γ相区的铬钢是不能或很难通过淬火得到马氏体组织的。以含铬13%的钢为例，碳含量小于0.08%时为铁素体钢，碳含量0.08%～0.15%时为半马氏钢，碳含量大于0.15%时为马氏体钢。
    碳能显著提高不锈钢的强度，从2Cr13、3Cr13、4Cr13到9Cr18，钢的强度随碳含量增加逐级提高。在奥氏体钢中碳也是最有效的固溶强化元素。表1-3显示奥氏体钢抗拉强度和屈服强度随碳含量增加而上升。

碳含量，%	屈服强度σ_0.2，N/mm²	抗拉强度σ_b，N/mm²
0.020	176	589
0.065	250	627
0.14	304	706
0.21	333	745
0.305	358	797

     不锈钢奥氏体化时碳的溶解度为0.50%，在冷却过程中碳的溶解度减少，不断析出，由于碳和铬的亲和力很大，它能与铬形成一系列复杂的碳化物，碳化物的类型因钢中铬含量的不同而异。含铬小于10%的钢，主要为渗碳体型碳化物（Fe.Cr）₃C，高铬钢中的碳化物为复杂碳化物Cr₇C₃和Cr₂₃C₆。碳化物中的铬可以被置换，以（Fe.Cr）₇C₃和（Fe.Cr）₂₃C₆的的形式存在。不锈钢中的碳化物主要以（Fe.Cr）₂₃C₆形式存在。
     碳与铬形成碳化物时要占用不锈钢中的一部分铬，以Cr₂₃C₆为例计算：
                  Cr₂₃C₆:（铬原子量×23）/（碳原子量×6）=（52×23）/（12×6）≈17
     不锈钢中的碳要与17倍的铬结合，生成碳化物，固溶体中的铬含量必然要减少，钢的耐腐蚀性能就要降低。如果形成碳化物后固溶体中的铬含量低于11.65%，就不能称其为不锈钢，模具钢Cr12和Cr12MoV就是一例。0Cr13～4Cr13五个牌号标准中规定含铬量为12.0～14.0%，就是考虑到碳要与铬形成碳化物确定的。
     因为碳对耐腐蚀性能有不利的影响，奥氏体和铁素体钢很少采用碳来强化，其含碳量多在0.15%以下。马氏体钢的含碳量大多在0.10%～0.40%范围内。

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