鎳鉻合金鋼俗稱(chēng)不銹鋼，是現(xiàn)代重要的工業(yè)材料之一，具有良好的耐腐蝕性、較高的塑性和韌性，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、石油、化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)。同時(shí)，鎳鉻合金鋼是一個(gè)范圍很大的特殊鋼系列，下面將以鉻鎳系奧氏體不銹鋼為例，揭開(kāi)它不銹的奧秘。
不論不銹鋼板還是耐熱鋼板，奧氏體型的鋼板的綜合性能最好，既有足夠的強(qiáng)度，又有極好的塑性同時(shí)硬度也不高，這也是它們被廣泛采用的原因之一。奧氏體型不銹鋼同絕大多數(shù)的其它金屬材料相似，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度，隨著溫度的降低而提高；塑性則隨著溫度降低而減小。其抗拉強(qiáng)度在溫度15~80°C范圍內(nèi)增長(zhǎng)是較為均勻的。更重要的是：隨著溫度的降低，其沖擊韌度減少緩慢，并不存在脆性轉(zhuǎn)變溫度。所以不銹鋼在低溫時(shí)能保持足夠的塑性和韌性。不銹鋼的耐熱性能是指高溫下，既有抗氧化或耐氣體介質(zhì)腐蝕的性能即熱穩(wěn)定性。
鉻的影響
鉻是奧氏體不銹鋼中最主要的合金元素，奧氏體不銹鋼的不銹性和耐蝕性的獲得主要是由于在會(huì)質(zhì)作用下，鉻促進(jìn)了鋼的鈍化并使鋼保持穩(wěn)定鈍態(tài)的結(jié)果。在奧氏體不銹鋼中，鉻是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定鐵體的元素，縮小奧氏體區(qū)，隨著鋼中含量增加，奧氏體不銹鋼中可出現(xiàn)鐵素體（δ）組織，研究表明，在鉻鎳奧氏體不銹鋼中，當(dāng)碳含量為0.1%，鉻含量為18%時(shí)，為獲得穩(wěn)定的單一奧氏體組織，所需鎳含量最低，約為8%，就這一點(diǎn)而言，常用的18Cr—8Ni型鉻鎳奧氏體不銹鋼是含鉻，鎳量配比最為適宜的一種。
鉻是強(qiáng)碳化物形成元素，在奧氏體不銹鋼中也不例外，奧氏體不銹鋼中常見(jiàn)的鉻碳化物有Cr23C6；當(dāng)鋼中含有鉬或鉻時(shí)，還可見(jiàn)到期Cr6C等碳化物，它們的形成在某些條件下對(duì)鋼的性能會(huì)產(chǎn)生重要影響。一般來(lái)說(shuō)，只要奧氏體不銹鋼保持完全奧氏體組織而沒(méi)有δ鐵素體等的形成，僅提高鋼中鉻含量不會(huì)對(duì)力學(xué)性能有顯著影響，鉻對(duì)奧氏體不銹鋼性能影響最大的是耐蝕性，主要表現(xiàn)為：鉻提高鋼的耐氧化性介質(zhì)和酸性氯化物介質(zhì)的性能；在鎳以及鉬和銅復(fù)合作用下，鉻提高鋼耐一些還原性介質(zhì)，有機(jī)酸，尿素和堿介質(zhì)的性能；鉻還提高鋼耐局部腐蝕，比如晶間腐蝕，點(diǎn)腐蝕，縫隙腐蝕以及某此條件下應(yīng)力腐蝕的性能。對(duì)奧氏體不銹鋼晶間腐蝕敏感性影響最大的因素是鋼中碳含量，其他元素對(duì)晶間腐蝕的作用主要視其對(duì)碳化物的溶解和沉淀行為的影響而定，在奧氏體不銹鋼中，鉻能增大碳的溶解度而降低鉻的貧化度，因而提高鉻含量對(duì)奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕是有益，鉻非常有效地改善奧氏體不銹鋼的耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕性能，當(dāng)鋼中同時(shí)有鉬或鉬及氮存在時(shí)，鉻的這種有效性大加強(qiáng)，雖然根據(jù)研究鉬的耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的能力為鉻的3倍左右，氮為鉻的30倍，但是大量研究，奧氏體不銹鋼中如果沒(méi)有鉻或者鉻含量較低，鉬及氮的耐點(diǎn)腐蝕與縫隙腐蝕作用便會(huì)喪失或不夠顯著。
鎳的影響
鎳是強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體且擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，為了獲得單一的奧氏體組織，當(dāng)鋼中含有0.1%碳和18%鉻時(shí)所需的最低鎳含量約為8%，這便是最著名18-8鉻鎳奧氏體不銹鋼的基本分，奧氏體不銹鋼中，隨著鎳含量的增加，殘余的鐵素體可完全消除，并顯著降低σ相形成的傾向；同時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)烴溫度降低，甚至可不出現(xiàn)λ→M相變，但是鎳含量的增加會(huì)降低碳在奧氏體不銹鋼中的溶解度，從而使碳化物析出傾向增強(qiáng)。
鎳對(duì)奧氏體不銹鋼特別是對(duì)鉻鎳奧氏體不銹鋼力學(xué)性能的影響，主要是由鎳對(duì)奧氏體穩(wěn)定性的影響來(lái)決定，在鋼中可能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的鎳含量范圍內(nèi)，隨著鎳含量的增加，鋼的強(qiáng)度降低而塑性提高，具有穩(wěn)定奧氏體組織的鉻鎳奧氏體不銹鋼韌性（包括極低溫韌性）非常優(yōu)良，因而可作為低溫鋼使用，這是眾所周知的，對(duì)于具有穩(wěn)定奧氏體組織的鉻錳奧氏體不銹鋼，鎳的加入可進(jìn)一步改善其韌性。鎳還可顯著降低奧氏體不銹鋼的冷加工硬化傾向，這主要是由于奧氏體穩(wěn)定性增大，減少以至消除了冷加工過(guò)程中的馬氏體轉(zhuǎn)變，同時(shí)對(duì)奧氏體本身的冷加工硬化作用不太明顯，不銹鋼冷加工硬化傾向的影響，鎳降低奧氏體不銹鋼冷加工硬化速率，與降低鋼的室溫及低溫強(qiáng)度，提高塑性的作用，決定了鎳含量的提高有利于奧氏體不銹的冷加工成形性能，提高鎳含量還可減少以至消除18-8和17-14-2型鉻鎳奧氏體不銹鋼中的δ鐵素體，從而提高其熱加工性能，但是，δ鐵素體的減少對(duì)這些鋼種的可焊接性不利會(huì)增大焊接熱裂紋絲傾向。此外，鎳還可顯著提高鉻錳氮（鉻錳鎳氮）奧氏體不銹鋼的熱加工性能，從而顯著提高鋼的成材率，在奧氏體不銹鋼中，鎳的加入以及隨著鎳含量的提高，導(dǎo)致鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性增加，因此奧氏體不銹鋼具有更好的不銹性和耐氧化性介質(zhì)的性能，且隨著鎳含量增加，耐還原性介質(zhì)的性能進(jìn)一步得到改善.值得指出，鎳還是提高奧氏體不銹耐許多介質(zhì)穿晶型應(yīng)力腐蝕的唯一重要元素，在各種酸介質(zhì)中鎳對(duì)奧氏體不銹鋼耐蝕性能的影響，需要指出，在高溫高壓水中的一些條件下，鎳含量的提高導(dǎo)致鋼和合金的晶間型應(yīng)力腐蝕敏感性增加，但是這種不利作用會(huì)由于鋼及合金中鉻含量的提高而獲得減輕或受到抑制.隨磁卡奧氏體不銹鋼中鎳含量的提高，其產(chǎn)生晶間腐蝕的臨界碳含量降低，即鋼的晶間腐蝕敏感性增加，至于對(duì)奧氏體不銹鋼耐點(diǎn)腐蝕及縫隙腐蝕的性能，鎳的作用并不顯著，此外，鎳還提高奧氏體不銹鋼的高溫抗氧化性能，這主要與鎳改善了鉻的氧化膜的成分，結(jié)構(gòu)和性能降低，并且鎳含量越高越有害，這主要是由于鋼中晶界處低熔點(diǎn)硫化鎳所致，一般來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單的鉻鎳（及鉻錳氮）奧氏體不銹鋼僅用于要求不銹性和耐氧化性介質(zhì)（比如硝酸等）的使用條件下，鉬作為奧氏體不銹鋼中的重要合金元素加入到鋼中使其使用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，鉬的作用主要是提高鋼在還原性介質(zhì)。