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(min)感性
鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體不銹(xiu)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。
造成缺口敏(min)感性(xing)大和脆性(xing)轉變溫度高的主(zhu)要(yao)原因(yin)是,鋼中間隙元素,尤(you)其(qi)是碳(tan)、氮(dan)和氧等含量較高,并(bing)與其(qi)化合物沉(chen)淀(dian)相(xiang)關。這些夾雜物和析(xi)出(chu)相(xiang)往(wang)往(wang)處(chu)(chu)于應力集(ji)中處(chu)(chu)和裂紋起源處(chu)(chu)。
2. 475℃脆性
通常(chang)鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)銹鋼加熱(re)至高溫,基本上不(bu)(bu)出(chu)現奧氏(shi)體(ti)相(xiang)變,因此很難(nan)經淬火轉變成馬氏(shi)體(ti)而產生明顯強化(hua)。但經處理后,能夠明顯提高強度和硬度,而塑性和沖擊韌度卻明顯降低。
鉻(ge)含量超過(guo)12%的(de)(de)鐵素體不(bu)銹鋼(gang),加(jia)熱至(zhi)340~540℃時(shi),經一(yi)定時(shi)間后,鋼(gang)的(de)(de)硬(ying)度增加(jia),沖擊韌度顯著降(jiang)低(di),尤其是在475℃時(shi)最為嚴重,因此稱為475℃脆(cui)性(xing)。產(chan)生(sheng)475℃脆(cui)性(xing)的(de)(de)基(ji)本原因是由于(yu)一(yi)種(zhong)富鉻(ge)(uw(Cr)=61%~83%))的(de)(de)α'相(xiang)的(de)(de)沉淀析出所致(zhi)。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等(deng)元素促進475℃脆(cui)性(xing)。α'相(xiang)的(de)(de)析出不(bu)僅帶來脆(cui)性(xing),而且顯著降(jiang)低(di)鐵素體不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)。
3. σ相脆化
根據(ju)Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖(tu),當鉻含(han)量在(zai)15%~70%(質量分數)范圍內(nei),在(zai)500~800℃時(shi)存在(zai)σ相(xiang)(xiang)。它是一種金屬(shu)間化合物,當w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無(wu)磁(ci)性(xing)(xing),具有四方晶(jing)格結構(gou),屬(shu)高硬(ying)度(du)脆性(xing)(xing)相(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)首先產生于晶(jing)粒邊界,呈鏈網或(huo)島狀,使鋼(gang)(gang)的(de)(de)硬(ying)度(du)提(ti)高,卻顯著(zhu)降低鋼(gang)(gang)的(de)(de)塑(su)性(xing)(xing)、缺口韌(ren)性(xing)(xing)及耐蝕性(xing)(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)生成,C、N抑制其生成。提(ti)高鉻含(han)量將顯著(zhu)加(jia)速(su)σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)形成。當)=25%~30%的(de)(de)鋼(gang)(gang)在(zai)熱處理時(shi),冷卻速(su)度(du)慢就會(hui)有σ相(xiang)(xiang)析(xi)出。焊接時(shi)長時(shi)間w(Cr)=25%-保溫能形成σ相(xiang)(xiang),冷加(jia)工也會(hui)增大(da)σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)析(xi)出速(su)度(du)。
σ相可以通過加熱至(zhi)800℃以上溫度,保溫一定時(shi)間使(shi)其溶(rong)解后快速冷至(zhi)室溫,而得(de)以消(xiao)除。
4. 高(gao)溫脆性
普(pu)通高鉻鐵素體不銹鋼(間隙(xi)元素如碳、氮的含量在(zai)中等以上時(shi))加(jia)熱(re)至(zhi)950~1000℃以上,急(ji)冷(leng)至(zhi)室溫(wen)(wen),其塑性和缺口韌(ren)性顯(xian)著降低,稱(cheng)為(wei)高溫(wen)(wen)脆性。鉻含量越高,脆性越大(da)。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼,經過1000℃的加(jia)熱(re)并保溫(wen)(wen)10h,冷(leng)卻(que)后(hou)在(zai)常溫(wen)(wen)下(xia)的彎(wan)曲(qu)角度為(wei)零。
這種(zhong)脆性消除的辦(ban)法是,重新加熱750~850℃,即(ji)可(ke)以恢(hui)復其塑性。
高溫脆性十分(fen)有害。在焊接、在進行950℃以(yi)上(shang)熱處理(li)或(huo)鑄造工藝過程中,均(jun)會出(chu)現高溫脆性,同時(shi)耐(nai)蝕(shi)性也顯著降低。
產生高溫(wen)脆性(xing)的基(ji)本原因(yin)是與碳(tan)、氮(dan)等間隙元(yuan)素的化合物(wu)在晶(jing)界和晶(jing)內位錯(cuo)上(shang)的析出有關。降低鋼中的碳(tan)、氮(dan)含量,減(jian)少甚至避免碳(tan)、滲(shen)氮(dan)合物(wu)的沉淀析出,可以大大改善高溫(wen)脆性(xing)。
5. 晶間腐蝕敏感性
普通高(gao)鉻鐵素體不銹鋼在(zai)(zai)(zai)加熱過程(cheng)中(zhong)存在(zai)(zai)(zai)著475℃脆(cui)性(xing)、σ相(xiang)脆(cui)性(xing)和高(gao)溫(wen)脆(cui)性(xing)三個脆(cui)化溫(wen)度(du)(du)。由于富鉻的(de)α'相(xiang)、σ相(xiang)或碳滲氮合物的(de)析(xi)出等原因(yin),不僅引起脆(cui)化,而且帶來晶(jing)間腐蝕(shi)敏感性(xing),使其(qi)耐蝕(shi)性(xing)顯著降低,尤其(qi)是當溫(wen)度(du)(du)超(chao)過900~950℃而后快速(su)冷卻(que)時,具有十分敏感的(de)晶(jing)間腐蝕(shi)傾(qing)向。即使鋼中(zhong)碳、氮含量較低,如在(zai)(zai)(zai)自(zi)來水這(zhe)樣(yang)弱的(de)腐蝕(shi)條件下,經高(gao)溫(wen)空冷或在(zai)(zai)(zai)焊縫(feng)區也會發生晶(jing)間腐蝕(shi)。
退火溫度過高,空冷時產(chan)生敏化,隨后酸(suan)洗時,就會出現晶間腐蝕。
消(xiao)除晶間腐蝕(shi)敏(min)感性的(de)辦法是,把敏(min)化(hua)了的(de)鐵素體不銹鋼用(yong)短時間重新加熱至700~850℃,并快速冷(leng)卻即(ji)可消(xiao)除。
焊接或(huo)高溫淬(cui)火,因經過其脆化(hua)溫度區的時間短暫,故一般來不及出現(xian)脆化(hua)。
鐵(tie)素體(ti)不銹鋼的用途之所以(yi)有限,與上述因素有關。
鐵(tie)素體不銹(xiu)鋼主要用于化學工業,也(ye)可以作為(wei)耐高(gao)溫(wen)材料。

