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元素钛和铌在不锈钢中的作用

元素钛和铌在不锈钢中的作用

铬-镍奥氏体不锈钢在450～800℃温度区加热，常发生沿晶界的腐蚀破坏，称为晶间腐蚀。一般认为，晶间腐蚀是碳从饱和的奥氏体以Cr23C6形态析出。造成晶界处奥氏体贫铬所致。防止晶界贫铬是防止晶间腐蚀的有效方法。如将各种元素按与碳的亲和力大小排列，顺序为：Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn。钛和铌与碳的亲和力都比铬大，把它们加入钢中后，碳优先与它们结合生成碳化钛（TiC）和碳化铌（NbC），这样就避免了析出碳化铬而造成晶界贫铬，从而有效防止晶间腐蚀。

另外，钛和铌与氮可结合生成氮化钛和氮化铌，钛与氧可结合生成二氧化钛，奥氏体中还能溶解一部分铌（约0.1%）。考虑这些因素，实际生产中为防止晶间腐蚀，钛和铌加入量一般按下式计算：
Ti=C×5～0.8%
Nb≥10×C%

含钛和铌的钢固溶处理后得到单相奥氏体组织，这种组织处于不稳定状态，当温度升高到450℃以上时，固溶体中的碳逐步以碳化物形态析出，650℃是Cr23C6形成温度，900℃是TiC形成温度，920℃是NbC形成温度。要防止晶间腐蚀就要减少Cr23C6含量，使碳化物全部以TiC和NbC形态存在。由于钛和铌的碳化物比铬的碳化物稳定，钢加热到700℃以上时，铬的碳化物就开始向钛和铌的碳化物转化。稳定化处理是将钢加热到850～930℃之间，保温1h，此时铬的碳化物全部分解，形成稳定的TiC和NbC，钢的抗晶间腐蚀性能得到改善。

不锈钢中加入钛和铌，在一定条件下弥散析出Fe2Ti和Fe3Nb2金属间化合物，钢的高温强度有所提高。由于铌的价格昂贵（是钛的70倍），广泛采用的是加钛不锈钢。含钛钢存在一些缺点，如：TiO2和TiN以夹杂物存在，含量高且分布不均，降低钢的纯净度；铸锭表面质量差，增加工序修磨量，极易造成大批废品；成品抛光性能不好，很难得到高精度表面等。

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