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(zhuan)變溫度和缺口敏感性


    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。


   造成(cheng)缺口(kou)敏感性(xing)大和脆性(xing)轉變溫度高的(de)主(zhu)要原因是,鋼中間(jian)隙元(yuan)素,尤(you)其(qi)是碳、氮和氧等含量較高,并與其(qi)化合物沉淀相(xiang)關。這些夾雜物和析出(chu)相(xiang)往往處于(yu)應(ying)力集中處和裂紋起源處。



2. 475℃脆性


   通常鐵素(su)體不銹鋼加熱至高溫,基本上不出(chu)現(xian)奧氏體相變,因此很難經淬(cui)火轉變成馬(ma)氏體而產生(sheng)明(ming)顯(xian)強化(hua)。但經處理后,能(neng)夠明(ming)顯(xian)提高強度和硬度,而塑性和沖擊(ji)韌度卻明(ming)顯(xian)降低。


   鉻(ge)含(han)量(liang)超過(guo)12%的(de)鐵素體(ti)不銹鋼(gang),加熱至340~540℃時(shi)(shi),經一定時(shi)(shi)間后,鋼(gang)的(de)硬度(du)增加,沖擊韌度(du)顯著降(jiang)(jiang)低(di),尤(you)其是在475℃時(shi)(shi)最為嚴重(zhong),因此稱為475℃脆(cui)性。產生475℃脆(cui)性的(de)基本原因是由于一種富鉻(ge)(uw(Cr)=61%~83%))的(de)α'相的(de)沉淀析出所致(zhi)。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素促進(jin)475℃脆(cui)性。α'相的(de)析出不僅帶來脆(cui)性,而(er)且(qie)顯著降(jiang)(jiang)低(di)鐵素體(ti)不銹鋼(gang)的(de)耐蝕性。



3. σ相脆化


   根據Fe-Cr相圖(tu),當(dang)鉻含量(liang)在(zai)(zai)15%~70%(質量(liang)分數)范圍內,在(zai)(zai)500~800℃時存在(zai)(zai)σ相。它是一種金(jin)屬間(jian)化(hua)合物(wu),當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時,無磁性(xing)(xing),具有四方晶(jing)格結構,屬高硬度脆性(xing)(xing)相。σ相首先(xian)產生于晶(jing)粒邊(bian)界,呈鏈網(wang)或島狀,使(shi)鋼(gang)的(de)硬度提(ti)高,卻顯著降(jiang)低鋼(gang)的(de)塑性(xing)(xing)、缺口韌性(xing)(xing)及(ji)耐蝕(shi)性(xing)(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相的(de)生成,C、N抑(yi)制其生成。提(ti)高鉻含量(liang)將(jiang)顯著加(jia)速σ相的(de)形成。當(dang))=25%~30%的(de)鋼(gang)在(zai)(zai)熱處理時,冷(leng)卻速度慢就會有σ相析出(chu)。焊接時長時間(jian)w(Cr)=25%-保(bao)溫能形成σ相,冷(leng)加(jia)工也會增大σ相的(de)析出(chu)速度。


   σ相可以通(tong)過加熱至(zhi)800℃以上溫(wen)度,保(bao)溫(wen)一定時(shi)間(jian)使其溶解后快速冷至(zhi)室溫(wen),而(er)得以消除。



4. 高溫脆性


   普通高鉻鐵素體不銹鋼(gang)(間隙(xi)元素如碳、氮的(de)含(han)量在(zai)中等以上時)加(jia)熱至(zhi)950~1000℃以上,急冷至(zhi)室溫,其塑性(xing)和(he)缺(que)口韌性(xing)顯著降低,稱(cheng)為高溫脆性(xing)。鉻含(han)量越高,脆性(xing)越大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)鋼(gang),經過1000℃的(de)加(jia)熱并保(bao)溫10h,冷卻后在(zai)常溫下的(de)彎曲角度為零。


   這(zhe)種脆性消(xiao)除的辦法是,重(zhong)新加熱(re)750~850℃,即可以恢復其塑性。


   高溫脆性十分有害(hai)。在焊接、在進行(xing)950℃以上熱處理或鑄造(zao)工(gong)藝(yi)過程中,均會出現(xian)高溫脆性,同時耐蝕性也顯著降低。


   產生高溫(wen)脆性的(de)基本(ben)原(yuan)因是與碳、氮等間(jian)隙元素的(de)化(hua)合物(wu)在晶界和(he)晶內位錯上的(de)析(xi)出(chu)有關(guan)。降低鋼中(zhong)的(de)碳、氮含量,減少甚至避免碳、滲氮合物(wu)的(de)沉淀析(xi)出(chu),可以大(da)大(da)改善高溫(wen)脆性。



5. 晶間腐蝕敏感(gan)性


   普通高鉻(ge)鐵素(su)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)在加熱過(guo)程(cheng)中存在著475℃脆性(xing)、σ相(xiang)(xiang)脆性(xing)和高溫脆性(xing)三(san)個脆化溫度。由于富鉻(ge)的(de)(de)α'相(xiang)(xiang)、σ相(xiang)(xiang)或碳滲氮(dan)合物的(de)(de)析(xi)出等(deng)原因,不(bu)僅引起脆化,而且帶來(lai)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)敏(min)感性(xing),使(shi)其耐(nai)蝕(shi)性(xing)顯著降低,尤其是(shi)當(dang)溫度超過(guo)900~950℃而后(hou)快速冷卻時(shi),具有(you)十分(fen)敏(min)感的(de)(de)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)傾向。即使(shi)鋼(gang)中碳、氮(dan)含(han)量(liang)較低,如在自來(lai)水這(zhe)樣(yang)弱的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)條件下(xia),經高溫空冷或在焊縫區(qu)也(ye)會發生晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)。


   退火溫度過高,空冷時(shi)產(chan)生敏化,隨后酸(suan)洗(xi)時(shi),就會出現晶間腐蝕(shi)。


   消(xiao)除晶間腐蝕敏(min)感(gan)性(xing)的(de)辦法是,把(ba)敏(min)化了的(de)鐵素體不銹鋼用短時間重新加熱(re)至700~850℃,并快速冷卻即可消(xiao)除。


   焊(han)接(jie)或高溫淬火,因(yin)經過其(qi)脆(cui)化(hua)溫度區的時(shi)間短暫,故一(yi)般來不及出(chu)現脆(cui)化(hua)。


   鐵素體不銹鋼的用途之所以有限,與(yu)上述因素有關。


   鐵素體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)主要用于化學工(gong)業,也可以作為(wei)耐高溫材料(liao)。





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