在一定溫度條件下,不銹鋼中的合金元素不僅決定鋼的基體組織,而且在冷、熱加工,熱處理,焊接以及在使用過程中,各元素間相互作用還會在不銹鋼基體上析出碳化物、氮化物和各種金屬間化合物。它們的存在對不銹鋼的性能也有重要影響。
一、不銹鋼中常(chang)見的化合(he)物及合(he)金元素的作用
不銹(xiu)鋼中常見的碳、氮(dan)化(hua)合物(wu)和金屬間化(hua)合物(wu)及(ji)合金元素的作用見表2.1。
二、碳(tan)、氮化(hua)合物和金(jin)屬間化(hua)合物對不銹鋼性能(neng)的影(ying)響
①. 碳化(hua)物(wu)
a. 鉻碳化物
常見的是 (或 為、Cr、Mo等(deng)元素)。幾乎存(cun)在于(yu)所有各(ge)類(lei)不銹鋼中。隨(sui)碳量增加/降低(di),鋼中鉻碳化(hua)(hua)物析出(chu)增多(duo)/減少。中富鉻且多(duo)分布在晶(jing)界上,因而它的析出(chu)常常導致其周圍鉻貧化(hua)(hua)而引起不銹鋼的晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕。
b. 鈦和鈮的碳(tan)化物
常見的(de)是(shi)TiC和(he)(he)NbC。鋼中(zhong)加(jia)入鈦、鈮與(yu)鋼中(zhong)碳作用(yong)便(bian)可(ke)(ke)形(xing)成(cheng)TiC、NbC。由(you)于它們與(yu)碳的(de)親(qin)和(he)(he)力(li)遠遠大于鉻,因此(ci)TiC、NbC的(de)優先形(xing)成(cheng)可(ke)(ke)防止形(xing)成(cheng)所引起的(de)晶間腐蝕。TiC和(he)(he)NbC可(ke)(ke)提高不(bu)銹鋼的(de)室溫和(he)(he)高溫強度(du),但對(dui)鐵素體(ti)不(bu)銹鋼的(de)韌性不(bu)利(li)。
②. 氮化物
主要出(chu)現在含(han)氮(dan)的(de)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼和(he)雙(shuang)相不銹(xiu)鋼中(zhong)。常(chang)見的(de)有和(he) 僅(jin)當(dang)鋼中(zhong)含(han)氮(dan)量較高時才會出(chu)現。沿晶界(jie)析(xi)出(chu)也會引起鉻貧化(hua)而(er)提高含(han)氮(dan)不銹(xiu)鋼的(de)晶間腐蝕敏感性。在雙(shuang)相不銹(xiu)鋼中(zhong),和(he) 在鐵(tie)素體(ti)基體(ti)上和(he)晶界(jie)形成(cheng),還可引起脆性。在鐵(tie)素體(ti)相中(zhong)易(yi)析(xi)出(chu)也表明了氮(dan)在鐵(tie)素體(ti)中(zhong)的(de)低(di)溶(rong)解度和(he)高擴(kuo)散速率的(de)特點。
③. 金屬間化合物(wu)
a’相
富鉻(ge)(ge)的FeCr金屬間(jian)化合物,其(qi)含(han)鉻(ge)(ge)量可(ke)高達61%~83%,而含(han)鐵(tie)量僅37.0%~17.5%。在鐵(tie)素體不(bu)銹鋼中含(han)鉻(ge)(ge)量>15%便可(ke)產(chan)生α'。由(you)于(yu)它既硬又脆且富鉻(ge)(ge),因(yin)此既引起不(bu)銹鋼塑、韌性顯著(zhu)下降,而且耐蝕性也惡化,α'主(zhu)要存(cun)在于(yu)鐵(tie)素體和F+A雙相不(bu)銹鋼中。
σ 相
富鉻的(de)(de)FeCr(Mo)金屬間化合物。鋼中鉻(鉬)量對σ相(xiang)的(de)(de)形成起主(zhu)要作(zuo)用。σ相(xiang)也(ye)是既(ji)硬又脆且富鉻的(de)(de)金屬間化合物,其周(zhou)圍(wei)常(chang)常(chang)是貧鉻區。因此,σ相(xiang)在使鋼塑、韌(ren)性下降產生嚴重(zhong)脆化的(de)(de)同時(shi),也(ye)會導(dao)致不(bu)銹鋼的(de)(de)耐蝕性下降。
χ相
既富鉻又(you)富鉬的(de)FeCrMo金屬(shu)間化合物(wu)(wu),它的(de)化學(xue)式為Fe36Cr12 Mo10和。此(ci)化合物(wu)(wu)常出現在富鉻、鉬的(de)鐵素體(ti),奧氏(shi)體(ti)和F+A 雙相不銹(xiu)(xiu)鋼中,它對(dui)不銹(xiu)(xiu)鋼性能的(de)影響基本與σ相相同。
γ'相
主要(yao)存(cun)在(zai)于含(han)有Al、Ti、Nb的(de)(de)(de)沉淀硬(ying)化不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)和一些要(yao)求耐熱高強度的(de)(de)(de)奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong),它們(men)的(de)(de)(de)化學式(shi)有Ni3Al、Ni3Ti、等。γ'較硬(ying),主要(yao)在(zai)晶內彌散析出(chu)從而可提(ti)高鋼(gang)的(de)(de)(de)室溫(wen)和中(zhong)溫(wen)強度,但并(bing)沒有σ 相等的(de)(de)(de)破壞性(xing)脆化。
β相
主要存在(zai)于含有Al、Ti的(de)沉淀硬化不(bu)銹鋼中,在(zai)晶內彌散析出(chu),提高(gao)不(bu)銹鋼的(de)室溫和高(gao)溫強(qiang)度。
η相(Laves)
存(cun)在于含(han)有Ti、Nb、Mo的不銹鋼(gang)(gang)中,它們的化學式為、和(he)等,在晶內析(xi)出(chu),由于它硬而(er)脆,因(yin)而(er)對不銹鋼(gang)(gang)的塑、韌性有害。
ε相(xiang)
是一種富銅(tong)金屬間相(xiang),它可(ke)存在于含有(you)較(jiao)高(gao)(gao)銅(tong)量的(de)所有(you)類型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)。它在沉淀硬(ying)化不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)晶內彌(mi)散析出后,可(ke)提高(gao)(gao)鋼(gang)的(de)室溫和中(zhong)溫強度(du);而在馬氏體、鐵素體和奧氏體等不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong),富銅(tong)的(de)ε相(xiang)還可(ke)使鋼(gang)的(de)表面具有(you)抗(kang)菌性(xing)。