鐵素體不銹鋼中,鉻含量較高的鋼也存在一些問題,主要表現在以下方面:
1. 脆(cui)性轉變(bian)溫度和缺口敏感性
鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體不銹鋼(經正常熱處理后)對缺口十分敏感,高鉻鐵素體不銹鋼的韌性-脆性轉變溫度一般均高于室溫。有缺口才顯示室溫脆性,而且隨鉻含量的提高或缺口敏感度的增加,其脆性轉變溫度也隨之升高。當溫度升至870℃時,缺口敏感性才完全消失。
造(zao)成缺(que)口敏(min)感性(xing)大和(he)脆性(xing)轉變溫度高(gao)(gao)的主(zhu)要(yao)原(yuan)因是,鋼(gang)中(zhong)間隙元素,尤其是碳、氮和(he)氧等含量(liang)較高(gao)(gao),并與其化(hua)合物(wu)(wu)沉淀(dian)相關。這些(xie)夾雜物(wu)(wu)和(he)析出相往(wang)往(wang)處(chu)于應力集中(zhong)處(chu)和(he)裂紋(wen)起源處(chu)。
2. 475℃脆性
通(tong)常(chang)鐵素(su)體不銹鋼加熱至高溫,基(ji)本(ben)上不出現奧氏體相變(bian),因此很難經淬火轉變(bian)成馬(ma)氏體而產(chan)生明顯(xian)(xian)強(qiang)化。但經處理后,能夠明顯(xian)(xian)提高強(qiang)度(du)和硬度(du),而塑(su)性(xing)和沖擊(ji)韌度(du)卻明顯(xian)(xian)降(jiang)低(di)。
鉻(ge)含量超(chao)過12%的鐵(tie)素(su)體不(bu)銹鋼,加(jia)熱至340~540℃時(shi),經(jing)一(yi)定時(shi)間后,鋼的硬(ying)度增加(jia),沖擊韌度顯(xian)著(zhu)(zhu)降(jiang)低,尤(you)其是(shi)在475℃時(shi)最(zui)為(wei)嚴(yan)重,因此稱為(wei)475℃脆(cui)性(xing)。產生475℃脆(cui)性(xing)的基本原因是(shi)由于一(yi)種富鉻(ge)(uw(Cr)=61%~83%))的α'相(xiang)的沉(chen)淀析出所(suo)致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等(deng)元(yuan)素(su)促進475℃脆(cui)性(xing)。α'相(xiang)的析出不(bu)僅帶來脆(cui)性(xing),而且(qie)顯(xian)著(zhu)(zhu)降(jiang)低鐵(tie)素(su)體不(bu)銹鋼的耐蝕性(xing)。
3. σ相脆化
根據(ju)Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖,當鉻含量在15%~70%(質量分數)范圍內,在500~800℃時(shi)(shi)存(cun)在σ相(xiang)(xiang)。它是一種金屬(shu)(shu)間(jian)化合物,當w(Cr)=42%~50%~50%時(shi)(shi),無(wu)磁性,具(ju)有四方晶格結構,屬(shu)(shu)高(gao)硬度脆(cui)性相(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)首先產生于晶粒邊界,呈鏈(lian)網或島狀,使鋼的(de)硬度提高(gao),卻顯著(zhu)降低鋼的(de)塑性、缺口(kou)韌(ren)性及耐蝕(shi)性。Mo、Si、Ni、Mn等促進(jin)σ相(xiang)(xiang)的(de)生成,C、N抑制(zhi)其生成。提高(gao)鉻含量將顯著(zhu)加速(su)σ相(xiang)(xiang)的(de)形成。當)=25%~30%的(de)鋼在熱(re)處理時(shi)(shi),冷(leng)卻速(su)度慢就會有σ相(xiang)(xiang)析(xi)出(chu)。焊接時(shi)(shi)長時(shi)(shi)間(jian)w(Cr)=25%-保溫能形成σ相(xiang)(xiang),冷(leng)加工也會增大σ相(xiang)(xiang)的(de)析(xi)出(chu)速(su)度。
σ相可以(yi)通過加熱至(zhi)800℃以(yi)上溫(wen)度,保溫(wen)一定時間使其(qi)溶解后(hou)快速(su)冷(leng)至(zhi)室溫(wen),而(er)得以(yi)消除。
4. 高溫(wen)脆性
普通高鉻鐵素(su)體不銹鋼(間隙(xi)元素(su)如碳、氮的(de)(de)含量在中等以上(shang)時)加熱至950~1000℃以上(shang),急(ji)冷至室溫(wen)(wen),其塑性和缺口(kou)韌性顯著降低,稱為(wei)高溫(wen)(wen)脆性。鉻含量越高,脆性越大(da)。當(dang)w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)(de)鋼,經過1000℃的(de)(de)加熱并保溫(wen)(wen)10h,冷卻后在常溫(wen)(wen)下(xia)的(de)(de)彎曲角度為(wei)零。
這種脆性消除的辦法是,重(zhong)新加(jia)熱(re)750~850℃,即可(ke)以(yi)恢復其(qi)塑性。
高(gao)溫脆性(xing)十分有害。在(zai)焊接、在(zai)進行950℃以上熱處(chu)理或鑄造工藝(yi)過程中,均會出現高(gao)溫脆性(xing),同時耐蝕(shi)性(xing)也顯著(zhu)降低。
產(chan)生(sheng)高溫脆性的基本原(yuan)因(yin)是與碳、氮(dan)等間隙元(yuan)素的化合物(wu)在晶(jing)(jing)界(jie)和晶(jing)(jing)內位錯上的析出有關。降(jiang)低(di)鋼中(zhong)的碳、氮(dan)含量,減(jian)少甚至避免碳、滲氮(dan)合物(wu)的沉(chen)淀析出,可以大大改善高溫脆性。
5. 晶(jing)間腐蝕敏(min)感性
普通高鉻鐵素體不(bu)銹鋼(gang)在(zai)(zai)加(jia)熱過(guo)程(cheng)中(zhong)存在(zai)(zai)著(zhu)475℃脆(cui)性(xing)(xing)、σ相脆(cui)性(xing)(xing)和(he)高溫脆(cui)性(xing)(xing)三個脆(cui)化溫度。由于富鉻的α'相、σ相或碳滲氮合物的析(xi)出等原因,不(bu)僅引起脆(cui)化,而(er)且(qie)帶(dai)來(lai)晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)敏感性(xing)(xing),使其(qi)耐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)顯著(zhu)降(jiang)低,尤其(qi)是當溫度超過(guo)900~950℃而(er)后(hou)快速冷卻時,具有十分敏感的晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)傾(qing)向(xiang)。即(ji)使鋼(gang)中(zhong)碳、氮含量較(jiao)低,如在(zai)(zai)自來(lai)水這樣弱的腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)條件下,經高溫空冷或在(zai)(zai)焊縫區也會發生晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。
退(tui)火溫度過高(gao),空冷時產生敏化(hua),隨后酸(suan)洗時,就會(hui)出現晶間腐蝕。
消除(chu)(chu)晶間腐蝕(shi)敏感性(xing)的(de)辦法是,把敏化了的(de)鐵素體不(bu)銹鋼用短時間重新加熱(re)至700~850℃,并快(kuai)速冷卻即(ji)可消除(chu)(chu)。
焊接或高溫淬火,因經過其脆化(hua)溫度區的時間短暫,故一般來不及出現脆化(hua)。
鐵素體不銹鋼的用途之所以有限,與上述因(yin)素有關。
鐵素(su)體不銹鋼(gang)主要用于化學工業,也可以作(zuo)為耐高溫材料。