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抗高溫氧化:金屬和氧的親和力大時,且氧在晶鉻內溶解度達到飽和時,就在金屬表面上形成氮化物。一旦形成了氧化膜,氧化過程的繼續進行將取決于兩個因素:(a)界面反應速度,包括金屬/氧化物界面及氧化物/氣體兩個界面上的反應速度;(b)參加反應的物質通過氧化膜的擴散速度。在一般情況下,當金屬的表面與氧起始反應生產極薄的氧化膜時,界面反應起主導作用,即界面反應是氧化膜生成的控制因素。但隨著氧化膜的生長增后,擴散過程將逐漸起著越來越重要的作用,成為繼續氧化的控制因素。金屬表面形成的氧化膜一般是固態,但是根據氧化膜的性質不同,在較高溫度下,有些金屬的氧化物是液態,有的還是氣態的。在耐熱鋼中加入鉻、鋁、硅和稀土元素等,與氧形成一層完整致密具有保護性的氧化膜。在金屬表面施加涂層也是提高抗高溫氧化能力的重要方法。如在耐熱鋼表面滲鋁、滲硅或鉻鋁、鉻硅共滲都有顯著的抗氧化效果。
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我們知道,普通破鋼碳鋼與大氣中的氧發生反應,在金屬表面形成氧化膜,然后繼續進行氧化,使銹蝕不斷擴大,形成“千層糕”式的腐蝕物,直至爛穿。當然,人們可以利用油漆或耐氧化的金屬(例如鋅、鎳和鉻)進行電鍍來保護碳鋼表面,但是,這種保護的保護層僅是一層薄膜,如果保護層被破壞,下面的鋼便又開始銹蝕。但不銹鋼不同,當它的含鉻量達到12%左右,與大氣接觸,在鋼的表面會產生一層鈍化膜(Cr2O3),它是致密的富鉻氧化物.有效地保護著不銹鋼的表面,特別是能防止進一步氧化。這種氧化膜極薄,透過它可以看到鋼表面的自然光澤,使不銹鋼具有獨特的表面特性。如果表層氧化膜被破壞,所暴露出的鋼表面會和大氣中的氧發生反應,重新形成鈍化膜。繼續起保護作用。因此,在此理論的引導下,許多人認為,不銹鋼是不會生銹的。
溶于鐵中:幾乎所有的合金元素(除Pb外)都可溶入鐵中,形成合金鐵素體或合金奧氏體,按其對α-Fe或γ-Fe的作用,可將合金元素分為擴大奧氏體相區和縮小奧氏體相區兩大類。擴大γ相區的元素—亦稱奧氏體穩定化元素,主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等,它們使A3點(γ-Feα-Fe的轉變點)下降,A4點(γ-Fe的轉變點)上升,從而擴大γ-相的存在范圍。其中Ni、Mn等加入到一定量后,可使γ相區擴大到室溫以下,使α相區消失,稱為完全擴大γ相區元素。另外一些元素(如C、N、Cu等),雖然擴大γ相區,但不能擴大到室溫,故稱之為部分擴大γ相區的元素。縮小γ相區元素——亦稱鐵素體穩定化元素,主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它們使A3點上升,A4點下降(鉻除外,鉻含量小于7%時,A3點下降;大于7%后,A3點迅速上升),從而縮小γ相區存在的范圍,使鐵素體穩定區域擴大。按其作用不同可分為完全封閉γ相區的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分縮小γ相區的元素(如B、Nb、Zr等)。形成碳化物:合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小,可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。常見非碳化物形成元素有:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都溶于鐵素體和奧氏體中。常見碳化物形成元素有:Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物的穩定性程度由弱到強的次序排列),它們在鋼中一部分固溶于基體相中,一部分形成合金滲碳體,含量高時可形成新的合金碳化合物。
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生產優質特種鋼的關鍵技術。特殊鋼的特殊強化和增韌機制,高可靠性和長壽命機制;微觀結構演變規律和準備和服務過程的定量描述;特種軟磁合金性能控制機理的基礎研究。材料設計技術適用于高溫,應力,腐蝕等服務環境的適應性;特殊鋼高潔凈度冶煉,夾雜物控制,均勻化和精細結構控制,成型和加工等。成本制造和流線型工藝技術等關鍵技術。
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