碳和氮在鐵素體不銹(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。
碳和氮都是(shi)擴大(da)Fe-Cr合金中γ相區(qu)的元素(su),使α+y兩相區(qu)向更高鉻含量方向移動(圖9.18和圖9.19),因而(er)使碳、氮含量較(jiao)高的鐵素(su)體(ti)不銹鋼中可能出現鐵素(su)體(ti)+馬氏體(ti)的雙(shuang)相結(jie)構(gou)。
由(you)于碳、氮在鐵素體中的(de)溶解度很低,鐵素體不(bu)銹鋼(gang)在高溫加熱后的(de)隨后冷卻過(guo)程中會有(you)碳、氮化(hua)物析出,它(ta)們對(dui)鐵素體不(bu)銹鋼(gang)的(de)性(xing)能產生重要的(de)影響(xiang)。
碳、氮含量的增加(jia)將使鐵素體不(bu)銹鋼(gang)的沖擊韌性下降,特別是鋼(gang)中(zhong)鉻含量高達15%~18%時(shi)更(geng)為明顯,同(tong)時(shi)使鋼(gang)的韌脆轉變溫度明顯上移,增加(jia)鋼(gang)的缺口敏感性。
鐵素體不(bu)銹鋼(gang)中碳(tan)、氮含量的(de)(de)增加也加強了鋼(gang)的(de)(de)冷(leng)卻(que)速率(lv)效(xiao)應和(he)尺寸效(xiao)應。前者指隨(sui)冷(leng)卻(que)速率(lv)的(de)(de)不(bu)同(tong)(tong),鋼(gang)的(de)(de)韌(ren)性有(you)很大(da)的(de)(de)不(bu)同(tong)(tong),后者是指隨(sui)截面尺寸的(de)(de)變化,鋼(gang)的(de)(de)韌(ren)性有(you)很大(da)的(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)。
除(chu)碳、氮(dan)外(wai),鐵素(su)體(ti)不銹鋼中的(de)氧含量對其韌性(xing)也有(you)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(jian)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、耐點蝕(shi)、耐縫隙腐蝕、耐應力腐蝕等都是有害的。