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(xing)轉變溫(wen)度和缺口(kou)敏感(gan)性(xing)


    鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素(su)體(ti)不(bu)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(zao)成(cheng)缺口敏感性(xing)大和(he)(he)脆(cui)性(xing)轉變溫度高的主要(yao)原因是,鋼中間隙元素,尤其(qi)是碳、氮和(he)(he)氧等(deng)含量較高,并(bing)與其(qi)化合物(wu)沉(chen)淀相關。這些夾雜(za)物(wu)和(he)(he)析出相往往處于應力集中處和(he)(he)裂(lie)紋(wen)起源處。



2. 475℃脆性


   通常鐵(tie)素體(ti)不銹鋼加(jia)熱至高(gao)(gao)溫(wen),基本上不出現奧氏體(ti)相變,因此很難經淬火轉變成馬(ma)氏體(ti)而(er)產生明顯(xian)強化。但經處理后,能夠明顯(xian)提高(gao)(gao)強度(du)和硬度(du),而(er)塑(su)性和沖擊韌度(du)卻明顯(xian)降低。


   鉻含(han)量超過(guo)12%的(de)(de)(de)鐵(tie)素體不(bu)銹鋼(gang)(gang),加(jia)熱至(zhi)340~540℃時(shi),經一定時(shi)間后,鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)硬度增加(jia),沖擊韌(ren)度顯著(zhu)降(jiang)低,尤其是(shi)在475℃時(shi)最為嚴重,因(yin)(yin)此稱為475℃脆(cui)(cui)性(xing)(xing)。產(chan)生475℃脆(cui)(cui)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)基本原因(yin)(yin)是(shi)由于一種富(fu)鉻(uw(Cr)=61%~83%))的(de)(de)(de)α'相的(de)(de)(de)沉(chen)淀析(xi)出(chu)所致(zhi)。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素促進(jin)475℃脆(cui)(cui)性(xing)(xing)。α'相的(de)(de)(de)析(xi)出(chu)不(bu)僅帶(dai)來脆(cui)(cui)性(xing)(xing),而且顯著(zhu)降(jiang)低鐵(tie)素體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)。



3. σ相(xiang)脆化(hua)


   根據Fe-Cr相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖,當(dang)(dang)鉻含量在(zai)(zai)15%~70%(質量分(fen)數)范圍內,在(zai)(zai)500~800℃時(shi)存(cun)在(zai)(zai)σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。它是一種金屬間化合物(wu),當(dang)(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無磁性(xing),具有(you)(you)四方晶(jing)格結構,屬高(gao)硬(ying)度脆(cui)性(xing)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)首(shou)先產生(sheng)于晶(jing)粒邊界(jie),呈鏈網或島(dao)狀,使(shi)鋼的(de)硬(ying)度提高(gao),卻顯(xian)著降低(di)鋼的(de)塑性(xing)、缺口韌(ren)性(xing)及耐蝕性(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)生(sheng)成(cheng),C、N抑制其生(sheng)成(cheng)。提高(gao)鉻含量將(jiang)顯(xian)著加(jia)速(su)(su)σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)形(xing)成(cheng)。當(dang)(dang))=25%~30%的(de)鋼在(zai)(zai)熱處理(li)時(shi),冷(leng)卻速(su)(su)度慢就會有(you)(you)σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)析(xi)出。焊接時(shi)長時(shi)間w(Cr)=25%-保溫能形(xing)成(cheng)σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang),冷(leng)加(jia)工也會增(zeng)大σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)析(xi)出速(su)(su)度。


   σ相可以通過加熱至(zhi)800℃以上溫度,保溫一定時間使(shi)其溶解后快速(su)冷至(zhi)室溫,而(er)得以消除。



4. 高溫脆(cui)性


   普通(tong)高鉻(ge)鐵素體不(bu)銹鋼(間隙元素如碳、氮的含(han)量在中等以上(shang)時)加熱(re)至950~1000℃以上(shang),急冷(leng)至室(shi)溫(wen),其塑性(xing)(xing)和缺口(kou)韌性(xing)(xing)顯著(zhu)降低,稱為(wei)高溫(wen)脆性(xing)(xing)。鉻(ge)含(han)量越(yue)高,脆性(xing)(xing)越(yue)大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼,經過(guo)1000℃的加熱(re)并保溫(wen)10h,冷(leng)卻后在常溫(wen)下(xia)的彎曲角度為(wei)零。


   這種脆性(xing)消除的(de)辦(ban)法是,重新加熱(re)750~850℃,即可(ke)以恢復其塑性(xing)。


   高溫(wen)(wen)脆(cui)性十(shi)分有害。在焊接、在進行950℃以(yi)上(shang)熱處理或(huo)鑄造工藝過程中,均會出(chu)現(xian)高溫(wen)(wen)脆(cui)性,同時耐蝕性也顯著(zhu)降低(di)。


   產(chan)生高溫脆性的(de)基(ji)本原因(yin)是與(yu)碳(tan)、氮(dan)等間隙元素的(de)化合(he)物在晶界和(he)晶內位錯(cuo)上(shang)的(de)析出有關。降低鋼中的(de)碳(tan)、氮(dan)含量,減少甚(shen)至(zhi)避(bi)免碳(tan)、滲氮(dan)合(he)物的(de)沉(chen)淀(dian)析出,可以大(da)大(da)改善高溫脆性。



5. 晶間腐蝕敏感性


   普通高(gao)鉻鐵素體不(bu)銹鋼(gang)在(zai)加熱過程中存在(zai)著475℃脆(cui)(cui)(cui)性(xing)(xing)、σ相(xiang)脆(cui)(cui)(cui)性(xing)(xing)和(he)高(gao)溫(wen)(wen)脆(cui)(cui)(cui)性(xing)(xing)三個脆(cui)(cui)(cui)化溫(wen)(wen)度。由(you)于富鉻的(de)α'相(xiang)、σ相(xiang)或碳滲(shen)氮(dan)合物的(de)析出(chu)等原(yuan)因,不(bu)僅引(yin)起脆(cui)(cui)(cui)化,而且帶來(lai)(lai)晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)敏感性(xing)(xing),使(shi)其耐蝕(shi)性(xing)(xing)顯著降(jiang)低,尤其是當溫(wen)(wen)度超過900~950℃而后快(kuai)速冷(leng)卻時,具有十分(fen)敏感的(de)晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)傾向。即使(shi)鋼(gang)中碳、氮(dan)含量(liang)較低,如在(zai)自來(lai)(lai)水這樣弱的(de)腐蝕(shi)條件下(xia),經高(gao)溫(wen)(wen)空冷(leng)或在(zai)焊(han)縫區也會發生晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)。


   退火溫度過高(gao),空冷時(shi)產生敏化,隨后酸洗時(shi),就會出現晶(jing)間腐蝕。


   消除(chu)晶(jing)間(jian)腐蝕敏感性的辦法是,把(ba)敏化了(le)的鐵素體(ti)不(bu)銹鋼(gang)用短(duan)時間(jian)重(zhong)新(xin)加熱至700~850℃,并快速冷卻即可消除(chu)。


   焊接或(huo)高溫淬火,因經過其脆(cui)(cui)化溫度區(qu)的時間短暫,故(gu)一(yi)般來不(bu)及出(chu)現(xian)脆(cui)(cui)化。


   鐵素體不銹鋼的(de)用途(tu)之所以有限(xian),與上述因(yin)素有關。


   鐵(tie)素體不(bu)銹鋼(gang)主(zhu)要用于化學工(gong)業(ye),也可以作為(wei)耐高溫材料(liao)。





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