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. 脆性轉變溫度和缺口敏感性
鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素(su)體不銹鋼(gang)(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)成缺口(kou)敏感性大和脆(cui)性轉變溫度高的主要原(yuan)因是,鋼中間隙(xi)元素(su),尤(you)其是碳、氮和氧等含量較高,并(bing)與其化合物沉淀相(xiang)關(guan)。這些(xie)夾雜物和析(xi)出相(xiang)往往處(chu)于應力集中處(chu)和裂(lie)紋(wen)起(qi)源處(chu)。
2. 475℃脆性
通(tong)常鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)加熱至高溫,基本上不出(chu)現奧氏(shi)體相變,因此(ci)很難經(jing)淬火轉變成馬氏(shi)體而(er)產生明顯強化。但經(jing)處理后,能夠明顯提高強度和硬(ying)度,而(er)塑(su)性(xing)和沖擊韌(ren)度卻明顯降低。
鉻(ge)含量超過12%的(de)鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang),加熱至(zhi)340~540℃時(shi),經一定時(shi)間后,鋼(gang)的(de)硬(ying)度(du)增加,沖(chong)擊韌度(du)顯著降(jiang)低(di),尤其是在(zai)475℃時(shi)最(zui)為(wei)嚴重(zhong),因此稱(cheng)為(wei)475℃脆(cui)性(xing)。產生475℃脆(cui)性(xing)的(de)基本原因是由于一種富(fu)鉻(ge)(uw(Cr)=61%~83%))的(de)α'相(xiang)的(de)沉淀析(xi)出(chu)所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素促進475℃脆(cui)性(xing)。α'相(xiang)的(de)析(xi)出(chu)不(bu)僅帶來(lai)脆(cui)性(xing),而且(qie)顯著降(jiang)低(di)鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)耐(nai)蝕性(xing)。
3. σ相(xiang)脆化
根據Fe-Cr相(xiang)(xiang)(xiang)圖,當鉻含量在(zai)(zai)15%~70%(質量分數)范圍內,在(zai)(zai)500~800℃時(shi)(shi)存在(zai)(zai)σ相(xiang)(xiang)(xiang)。它是一種金屬(shu)間化(hua)合物(wu),當w(Cr)=42%~50%~50%時(shi)(shi),無磁性(xing)(xing),具有四方晶格結構,屬(shu)高硬(ying)度(du)(du)脆性(xing)(xing)相(xiang)(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)(xiang)首先產(chan)生于晶粒邊(bian)界,呈鏈網或島(dao)狀(zhuang),使(shi)鋼(gang)的(de)硬(ying)度(du)(du)提(ti)高,卻(que)(que)顯(xian)著降低鋼(gang)的(de)塑性(xing)(xing)、缺口韌(ren)性(xing)(xing)及耐蝕(shi)性(xing)(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)生成,C、N抑制其生成。提(ti)高鉻含量將顯(xian)著加(jia)速(su)σ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)形(xing)(xing)成。當)=25%~30%的(de)鋼(gang)在(zai)(zai)熱處理(li)時(shi)(shi),冷卻(que)(que)速(su)度(du)(du)慢就會(hui)有σ相(xiang)(xiang)(xiang)析出(chu)。焊(han)接時(shi)(shi)長時(shi)(shi)間w(Cr)=25%-保溫(wen)能(neng)形(xing)(xing)成σ相(xiang)(xiang)(xiang),冷加(jia)工也會(hui)增大σ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)析出(chu)速(su)度(du)(du)。
σ相可以通過加熱(re)至800℃以上(shang)溫(wen)(wen)度,保(bao)溫(wen)(wen)一定時間使(shi)其溶(rong)解后快速冷至室(shi)溫(wen)(wen),而得以消除。
4. 高溫脆性
普通高(gao)鉻(ge)鐵素體不銹鋼(gang)(間(jian)隙元素如(ru)碳、氮的(de)(de)含量(liang)在中(zhong)等以上(shang)時)加熱(re)至(zhi)950~1000℃以上(shang),急冷(leng)至(zhi)室溫,其(qi)塑性(xing)(xing)和缺(que)口韌性(xing)(xing)顯著降低,稱為高(gao)溫脆性(xing)(xing)。鉻(ge)含量(liang)越高(gao),脆性(xing)(xing)越大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)(de)鋼(gang),經(jing)過1000℃的(de)(de)加熱(re)并保(bao)溫10h,冷(leng)卻后在常溫下(xia)的(de)(de)彎(wan)曲角度為零。
這(zhe)種脆性消除的辦法(fa)是,重新加熱750~850℃,即(ji)可(ke)以恢復(fu)其塑性。
高溫脆性十分有害。在焊接、在進(jin)行950℃以(yi)上熱處理或鑄造工藝過程中(zhong),均(jun)會出現(xian)高溫脆性,同時耐蝕性也(ye)顯著(zhu)降(jiang)低(di)。
產生高溫脆性的(de)基(ji)本原因是(shi)與碳(tan)、氮(dan)等間隙元素的(de)化合物在晶界和(he)晶內位錯上的(de)析(xi)出有關(guan)。降低(di)鋼中的(de)碳(tan)、氮(dan)含量(liang),減少甚至避(bi)免碳(tan)、滲氮(dan)合物的(de)沉淀析(xi)出,可以大(da)大(da)改善高溫脆性。
5. 晶間腐(fu)蝕(shi)敏感性
普通高鉻鐵素體不銹鋼在加熱過(guo)程中存在著475℃脆(cui)(cui)性(xing)、σ相脆(cui)(cui)性(xing)和高溫(wen)(wen)脆(cui)(cui)性(xing)三個脆(cui)(cui)化(hua)溫(wen)(wen)度(du)。由于富鉻的(de)(de)α'相、σ相或碳滲氮合物的(de)(de)析出(chu)等原因,不僅引(yin)起脆(cui)(cui)化(hua),而且帶來(lai)晶(jing)間(jian)腐蝕敏感性(xing),使其耐(nai)蝕性(xing)顯著降低,尤其是當溫(wen)(wen)度(du)超過(guo)900~950℃而后快速冷(leng)卻(que)時,具(ju)有十分敏感的(de)(de)晶(jing)間(jian)腐蝕傾向(xiang)。即使鋼中碳、氮含量(liang)較(jiao)低,如在自來(lai)水這樣弱的(de)(de)腐蝕條件下,經高溫(wen)(wen)空冷(leng)或在焊縫區也會發生晶(jing)間(jian)腐蝕。
退火(huo)溫度過高,空冷時產生敏化,隨后(hou)酸洗時,就(jiu)會(hui)出現(xian)晶間腐蝕。
消除晶間(jian)腐蝕敏感性的辦(ban)法是(shi),把敏化了的鐵素(su)體不(bu)銹鋼用短(duan)時間(jian)重新加熱至700~850℃,并快速冷卻即可消除。
焊接或高溫(wen)淬火,因(yin)經過(guo)其(qi)脆化溫(wen)度(du)區的時(shi)間短暫(zan),故一(yi)般來不及出(chu)現脆化。
鐵素(su)體不銹(xiu)鋼的(de)用途之所以(yi)有限,與上述因素(su)有關。
鐵素體不銹鋼(gang)主要用于化學工(gong)業(ye),也可以作為耐高溫材料。

