鉬是除鉻、鎳之外不銹鋼(gang)中另一個重要的元素。鉻鎳奧氏體不銹鋼一般僅用于要求不銹性和耐氧化性介質的條件下,鉬的加入,極大地改變了奧氏體不銹鋼的組織和服役性能,尤其是耐蝕性。
鉬是(shi)鐵(tie)素(su)體(ti)形成(cheng)元素(su),其能力(li)和(he)鉻(ge)相(xiang)當,因此在(zai)含(han)(han)鉬奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong),為(wei)保(bao)(bao)持奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing),鎳含(han)(han)量(liang)較鉻(ge)鎳奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)高(gao)。鉬的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)入,除了對(dui)鐵(tie)素(su)體(ti)和(he)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)平衡(heng)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)之(zhi)外,對(dui)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)帶來(lai)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)更大(da)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)是(shi)顯著促(cu)進(jin)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)金屬間(jian)(jian)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)形成(cheng),比如σ相(xiang)、x相(xiang)、Laves相(xiang)等(deng),將極大(da)地降低鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)熱穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing),增(zeng)加(jia)(jia)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)脆化敏感性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing),進(jin)而導致鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)塑韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、耐(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、冷成(cheng)型性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)降低。隨著鉬含(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia),對(dui)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)更加(jia)(jia)明顯,尤其是(shi)在(zai)超級奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)。對(dui)于4%以上(shang)鉬含(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang),為(wei)保(bao)(bao)證組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing),避免金屬間(jian)(jian)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)析出,均(jun)要求在(zai)更高(gao)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度和(he)更長(chang)的(de)(de)(de)(de)保(bao)(bao)溫(wen)時間(jian)(jian)固溶處理(li)以充分消融金屬間(jian)(jian)相(xiang)。
鉬作(zuo)為一(yi)個較大的(de)(de)(de)原(yuan)子,通過(guo)固溶強(qiang)化(hua)可提高包括(kuo)高溫(wen)強(qiang)度(du)等不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)強(qiang)度(du),并改(gai)善奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)高溫(wen)持久和(he)蠕變(bian)性(xing)能。但是(shi)鉬的(de)(de)(de)加(jia)入使(shi)鋼(gang)的(de)(de)(de)高溫(wen)變(bian)形抗力增加(jia),尤其是(shi)當奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)中因鉬的(de)(de)(de)加(jia)入存在少量8鐵素體(ti)時,其熱加(jia)工性(xing)、熱成型性(xing)明顯(xian)低于鉻鎳奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)。
與不(bu)(bu)含(han)鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼相(xiang)比,含(han)鉬(mu)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼通(tong)常(chang)耐(nai)(nai)腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能更(geng)好(hao),常(chang)應用(yong)于腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)更(geng)強的(de)(de)(de)(de)環境如化工設備或海洋用(yong)途。鉬(mu)主要提(ti)(ti)升不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)還(huan)原性(xing)(xing)(xing)介質的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing),尤其是(shi)點腐蝕(shi)(shi)(shi)、縫隙腐蝕(shi)(shi)(shi),其耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能是(shi)鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)(de)3.5倍。含(han)鉬(mu)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)再鈍化能力顯(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)強于鉻(ge)(ge)鎳不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼。研究表明,鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)僅當鋼中(zhong)(zhong)含(han)有(you)較(jiao)高鉻(ge)(ge)含(han)量的(de)(de)(de)(de)時(shi)候才有(you)效。這是(shi)因(yin)為鉬(mu)能顯(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)促進鉻(ge)(ge)在鈍化膜中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)富集(ji),從(cong)(cong)而(er)增強不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼鈍化膜的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)(xing),顯(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)強化鋼中(zhong)(zhong)鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)作用(yong),從(cong)(cong)而(er)大幅提(ti)(ti)高奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)。由于鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)是(shi)和鉻(ge)(ge)協同作用(yong)的(de)(de)(de)(de)結果,因(yin)此在研究含(han)鉬(mu)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼時(shi),往往需要尋找(zhao)鉻(ge)(ge)、鉬(mu)含(han)量的(de)(de)(de)(de)平衡,以(yi)(yi)找(zhao)到(dao)最佳耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)成分組合。此外,鉬(mu)形成鉬(mu)酸鹽后可以(yi)(yi)起到(dao)緩蝕(shi)(shi)(shi)劑的(de)(de)(de)(de)作用(yong)。
在Cr-Ni-Mo奧氏體不銹鋼合金體系中,廣為人知的當屬17Cr-12Ni-2Mo,即316系列。06Cr17Ni12Mo2(316)屬于奧氏體不銹鋼,具有良好的強度、塑韌性和冷成型性及良好的低溫性能。由于在18-8型基礎上加入2%鉬,因而具有更好的耐還原性介質和耐點蝕、縫隙腐蝕的能力,在各種有機酸、無機酸、堿、鹽類(如亞硫酸、硫酸、磷酸、醋酸、甲酸、鹵素鹽等)、海水中均具有較好的耐蝕性。022Cr17Ni12Mo2(316L)是在06Cr17Ni12Mo2基礎上發展的超低碳奧氏體不銹鋼,為平衡組織穩定,鎳含量更高。和06Cr17Ni12Mo2相比,022Cr17Ni12Mo2 具有更好的耐敏化態晶間腐蝕性能,適于制造厚截面尺寸的焊接部件和設備。上述兩種奧氏體不銹鋼是制造合成纖維、石油化工、紡織、化肥、造紙、印染及原子能工業用設備的重要耐蝕材料。
采用氮合金化技術,在06Cr17Ni12Mo2 和022Cr17Ni12Mo2 基礎上,發展了06Cr17Ni12Mo2N(316N)和022Cr17Ni12Mo2N(316LN)奧氏體不銹鋼,氮含量一般控制在0.10%~0.25%范圍內,既利用了氮的有益作用,又防止氮化物等有害相的析出。氮的加入,進一步提高了不銹鋼的強度,同時仍保持較高的塑韌性水平。在耐蝕性方面,除仍保留原始鋼種的耐蝕特點外,氮的加入改善了鋼的耐局部腐蝕性能,如耐點蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕性能均得到不同程度的提高。奧氏體不銹鋼的冶金生產工藝性能基本和原始鋼種一致,易于生產板、管、絲、帶、鍛件、型材等冶金產品。在不含氮鋼種的強度稍顯不足的應用領域,此兩鋼種是最佳候選材料。
含氮、含鉬的(de)(de)Cr-Ni-Mo奧氏體不銹鋼(gang),由于兼(jian)具強度和(he)耐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing),在核(he)電一回路管道(dao)系(xi)(xi)統(tong)(tong)普(pu)遍使用。核(he)電一回路系(xi)(xi)統(tong)(tong)是(shi)由主管道(dao)(反應(ying)(ying)堆(dui)(dui)(dui)冷卻(que)劑系(xi)(xi)統(tong)(tong))及多個高(gao)能(neng)(neng)(neng)(neng)輔(fu)助系(xi)(xi)統(tong)(tong)(如壓(ya)力安全系(xi)(xi)統(tong)(tong)、余熱排出(chu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)、安全注射系(xi)(xi)統(tong)(tong))組成。一回路系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)管道(dao)在反應(ying)(ying)堆(dui)(dui)(dui)運行期(qi)間的(de)(de)工作條件十分苛(ke)刻,除(chu)了承受(shou)各種(zhong)載荷組合和(he)低周、高(gao)頻疲(pi)勞(lao)(lao)所引(yin)起的(de)(de)機械損傷外(wai),還將(jiang)承受(shou)反應(ying)(ying)堆(dui)(dui)(dui)冷卻(que)劑介質(zhi)的(de)(de)高(gao)溫、高(gao)壓(ya)、高(gao)流速及 海洋環(huan)境造成的(de)(de)氯離(li)子(zi)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)危害。作為重(zhong)要(yao)的(de)(de)核(he)級管道(dao)部(bu)件,一回路系(xi)(xi)統(tong)(tong)管道(dao)材料均選用具有優異(yi)的(de)(de)耐晶間腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)、良好的(de)(de)抗疲(pi)勞(lao)(lao)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)焊(han)接(jie)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)Cr-Ni-Mo奧氏體不銹鋼(gang)。
為(wei)進一步提(ti)高Cr-Ni-Mo奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在還(huan)原性(xing)介質(zhi)中的耐(nai)蝕(shi)性(xing),發展了含(han)銅的Cr-Ni-Mo奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),如00Cr18Ni14Mo2Cu2、00Cr20Ni25Mo4.5Cu等。銅能顯著提(ti)高奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)對還(huan)原性(xing)介質(zhi)如硫(liu)(liu)酸(suan)、磷(lin)酸(suan)等的耐(nai)蝕(shi)性(xing),當用鉬和銅復合合金(jin)化時,效果更加突出。在高溫濃(nong)硫(liu)(liu)酸(suan)中,高硅不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的耐(nai)蝕(shi)性(xing)能則更加優異,如00Cr17Ni17Si6、00Cr18Ni20Si6MoCu 和00Cr11Ni22Si6Mo2Cu。00Cr11Ni22Si6Mo2Cu為(wei)我國于20世紀90年代自主研發的專利牌號SS920。此鋼(gang)的最大特點是在高溫濃(nong)硫(liu)(liu)酸(suan)中具有優異的耐(nai)蝕(shi)性(xing),在130℃、96%硫(liu)(liu)酸(suan)中,鋼(gang)的腐(fu)蝕(shi)速率小(xiao)于0.05毫米/年。此鋼(gang)的冷、熱成 型性(xing)能良好,可(ke)生產板(ban)、管、絲、帶、鍛件(jian)、鑄件(jian)等冶(ye)金(jin)產品。
022Cr17Ni12Mo2不銹鋼是在06Cr17Ni12Mo2不銹鋼的基礎上降低碳含量得到的一種耐腐蝕性能良好的Cr-Ni-Mo型超低碳不銹鋼。其耐腐蝕性、耐晶間腐蝕性能和高溫力學性能良好,是目前奧氏體不銹鋼應用最為廣泛的鋼種之一。022Cr19Ni13Mo3不銹鋼也是應用較為廣泛的一種Cr-Ni-Mo不銹鋼,具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械特性,適合用于食品的加工、儲存和運輸等。
表2-1-3給出了Cr-Ni-Mo(Mo≤4%)奧氏體不銹鋼(gang)的化學成分(fen)。
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