碳和氮在鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼中是不受歡迎的,因為它們除了能使鋼強化外,對鋼的其他各種性能都是不利的,如升高韌脆轉變溫度、增大缺口敏感性、降低焊后耐蝕性等。由于冶金技術的進步,目前工業規模上已可生產出超低碳、氮的高純(C+N含量不大于0.015%)鐵素體不銹鋼,使鐵素體不銹鋼的一些不足得到了很大程度的克服。
碳(tan)和(he)氮都(dou)是擴(kuo)大Fe-Cr合(he)金中γ相區的元素(su)(su),使α+y兩相區向更高(gao)鉻含量方(fang)向移(yi)動(圖(tu)9.18和(he)圖(tu)9.19),因(yin)而使碳(tan)、氮含量較高(gao)的鐵素(su)(su)體不銹鋼(gang)中可能(neng)出現鐵素(su)(su)體+馬氏體的雙(shuang)相結構。
由于碳、氮(dan)在(zai)(zai)鐵(tie)素體中(zhong)的(de)(de)溶解度(du)很低(di),鐵(tie)素體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)在(zai)(zai)高溫加熱(re)后的(de)(de)隨(sui)后冷卻過(guo)程中(zhong)會有碳、氮(dan)化物析出(chu),它(ta)們對鐵(tie)素體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)性能產生重(zhong)要的(de)(de)影(ying)響。
碳、氮含量的增(zeng)加(jia)將使(shi)鐵(tie)素體(ti)不銹鋼(gang)的沖擊韌(ren)性(xing)下降(jiang),特別(bie)是鋼(gang)中鉻含量高達(da)15%~18%時更為明顯(xian),同時使(shi)鋼(gang)的韌(ren)脆轉變溫(wen)度明顯(xian)上移,增(zeng)加(jia)鋼(gang)的缺口敏感(gan)性(xing)。
鐵(tie)素體不銹鋼中碳、氮含量的(de)增加(jia)也加(jia)強了鋼的(de)冷卻速率效(xiao)應和尺(chi)寸(cun)效(xiao)應。前者(zhe)指(zhi)隨冷卻速率的(de)不同,鋼的(de)韌性(xing)有很大的(de)不同,后者(zhe)是(shi)指(zhi)隨截面尺(chi)寸(cun)的(de)變化,鋼的(de)韌性(xing)有很大的(de)不同。
除碳、氮(dan)外(wai),鐵(tie)素(su)體不銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)氧含量(liang)對(dui)其韌性也有類似的(de)影響。
碳、氮在鐵素體不銹鋼中存在的另一重要影響是使其具有很高的晶間腐蝕敏感性,其敏感程度隨鋼中C+N含量的增加而增加,其敏感程度遠高于一般18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼。圖9.36為含0.05%C的Cr17鋼與18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼碳化物沉淀與晶間腐蝕的溫度-時間曲線,圖中陰影部分為晶間腐蝕敏感區。
碳、氮在鐵素體中的溶解度低,而碳、鉻在α相中的擴散速率比在γ相中快得多,因此鐵素體不銹鋼在高溫加熱后的冷卻過程中,包括快速冷卻,極易析出碳化物和氮化物。其敏化行為與奧氏體不銹鋼不同,除了如圖9.36所示,在400~600℃區間,因析出Cr23C6而出現敏化區外,在1100℃以上的高溫區域也可以出現敏化區,這是由于從高溫冷卻過程中經過400~600℃生成Cr23C6所致。在兩個敏化區之間的700~850℃生成Cr23C6時,由于鉻的再擴散而補充了因形成Cr23C6所需要的Cr,因而不產生貧鉻區,敏化現象消失。
一些研究結果還指出,碳、氮在鐵素體不銹鋼中對耐一般腐蝕、耐點(dian)蝕、耐縫隙腐蝕(shi)、耐應力腐蝕等都是有害的。