2520不锈钢管各元素的主要作用

2520不锈钢管中的主要元素有Cr、Ni、Mn、Si、C、N等，各元素的主要作用阐述如下，由于Nb元素在310S钢中的作用是本文主要研究对象，因此单独对其阐述。

（1）Cr元素

Cr元素是2520不锈钢管的主要合金元素，为了提高2520不锈钢管在高温应用下的抗氧化性，其Cr含量一般控制在25%左右。Cr是铁素体形成元素，过多的Cr元素会导致铸造、焊接过程中生成δ-铁素体，无法得到全奥氏体组织。同时，Cr会促进M23C6、Cr2N和Z相的析出，M23C6和Cr2N会在晶界形成膜状结构，不但降低合金的韧脆性，而且会导致晶界贫Cr，从而增大不锈钢的晶间腐蚀的敏感性[22]。

（2）Ni元素

Ni元素是奥氏体稳定化元素，为了得到全奥氏体组织，一般加入20%左右的Ni元素。Ni还可以提高不锈钢表面膜的稳定性，进而提高不锈钢的抗腐蚀性能。有研究表明，在20-25Cr钢中加入20wt.%的Ni最为合适。

（3）Mn元素

Mn元素也是奥氏体稳定化元素，Ni元素价格较高，为了降低生产成本，现在很多钢种通过加入Mn来代替Ni元素。此外，Mn可以提高N在奥氏体中的固溶度。

（4）C元素

C是间隙型原子，其固溶强化效果仅次于N元素，并且适量的C能与Nb和V等元素形成MC型碳化物，这些碳化物弥散分布在基体上，对晶粒起钉扎作用，能够抑制晶粒长大[24]，但是加入过量的C会导致大尺寸的MC从液相中析出（一次MC相），这些一次MC一般在晶界处析出，降低了合金的韧塑性；同时大量C元素的加入会促进M23C6的大量析出，导致材料抗腐蚀性能和韧性下降。

（5）N元素

N元素是奥氏体化元素，其间隙固溶强化作用最强。2520不锈钢管在长时间时效后有sigma相生成，Rolf Sandström 等人通过对不同N含量的2520不锈钢管的金相的观察及热力学计算发现N能够抑制sigma相的生成。N能够促进Z相的生成，在长时间时效下，例如HR3C在750℃时效500h后会析出Z相。在9-12Cr%钢中，Z相会降低材料的高温（700℃）韧性，目前Z相对奥氏体不锈钢作用还不明确。高N不锈钢在焊接中会产生氮化物，降低焊接性能。

（6）V元素

2520不锈钢管中不含V元素，但微合金钢中常常使用V作为微合金化主要元素，与其它微合金相比，V元素在800℃以上时有较高的固溶度[29]，因此含V的析出相主要在800℃以下起强化作用。VN在奥氏体和铁素体中固溶都比VC低很多，热力学计算和实验都表明VN先于VC析出。V(C,N)析出物一般会在700℃左右的温度区间析出。细小弥散的V(C,N)会钉扎在晶界和晶内，提高材料强度。此外，V会固定N元素，改善焊接性能。

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