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(du)和缺口敏感性
鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體不(bu)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。
造成(cheng)缺(que)口敏感性大和脆性轉變溫度高的主(zhu)要原因是(shi),鋼中(zhong)間隙元素,尤其是(shi)碳(tan)、氮和氧(yang)等含量較高,并(bing)與其化合(he)物(wu)沉淀相(xiang)關。這(zhe)些夾雜(za)物(wu)和析出相(xiang)往往處(chu)(chu)(chu)于應力集(ji)中(zhong)處(chu)(chu)(chu)和裂紋起源處(chu)(chu)(chu)。
2. 475℃脆性(xing)
通常鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼加(jia)熱至高溫(wen),基本上不(bu)出現(xian)奧氏(shi)體相變(bian),因(yin)此(ci)很難經淬(cui)火(huo)轉變(bian)成馬氏(shi)體而產生明(ming)顯(xian)強(qiang)化。但經處(chu)理后(hou),能(neng)夠明(ming)顯(xian)提高強(qiang)度(du)和硬度(du),而塑(su)性和沖(chong)擊韌度(du)卻明(ming)顯(xian)降低。
鉻含量超(chao)過12%的鐵素(su)體不(bu)銹鋼,加熱至340~540℃時(shi),經一定(ding)時(shi)間后,鋼的硬度增(zeng)加,沖擊(ji)韌度顯著(zhu)降低,尤其(qi)是在(zai)475℃時(shi)最(zui)為嚴(yan)重,因(yin)此稱(cheng)為475℃脆(cui)(cui)性(xing)。產生475℃脆(cui)(cui)性(xing)的基本原因(yin)是由于一種富鉻(uw(Cr)=61%~83%))的α'相(xiang)的沉(chen)淀析出所致(zhi)。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素(su)促(cu)進475℃脆(cui)(cui)性(xing)。α'相(xiang)的析出不(bu)僅帶來脆(cui)(cui)性(xing),而(er)且顯著(zhu)降低鐵素(su)體不(bu)銹鋼的耐蝕性(xing)。
3. σ相(xiang)脆化(hua)
根據Fe-Cr相(xiang)(xiang)(xiang)圖,當(dang)鉻(ge)(ge)含量在15%~70%(質量分(fen)數)范(fan)圍(wei)內,在500~800℃時(shi)存在σ相(xiang)(xiang)(xiang)。它是一種金屬間化合物,當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無磁性,具有四方晶(jing)格結構,屬高(gao)(gao)硬(ying)度(du)(du)脆性相(xiang)(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)(xiang)首先產生于晶(jing)粒邊界,呈鏈網(wang)或(huo)島狀,使鋼的硬(ying)度(du)(du)提高(gao)(gao),卻(que)顯(xian)著降低鋼的塑性、缺口韌性及耐蝕性。Mo、Si、Ni、Mn等(deng)促進σ相(xiang)(xiang)(xiang)的生成(cheng),C、N抑制其(qi)生成(cheng)。提高(gao)(gao)鉻(ge)(ge)含量將顯(xian)著加速(su)σ相(xiang)(xiang)(xiang)的形(xing)成(cheng)。當(dang))=25%~30%的鋼在熱(re)處(chu)理時(shi),冷卻(que)速(su)度(du)(du)慢就會(hui)有σ相(xiang)(xiang)(xiang)析出(chu)。焊接時(shi)長時(shi)間w(Cr)=25%-保溫能形(xing)成(cheng)σ相(xiang)(xiang)(xiang),冷加工也會(hui)增大(da)σ相(xiang)(xiang)(xiang)的析出(chu)速(su)度(du)(du)。
σ相可以通過(guo)加熱至(zhi)(zhi)800℃以上溫度,保溫一定時間使其溶解后快速冷至(zhi)(zhi)室溫,而得(de)以消(xiao)除(chu)。
4. 高(gao)溫(wen)脆性
普(pu)通(tong)高鉻鐵素體不銹鋼(gang)(間隙元素如(ru)碳、氮(dan)的(de)含(han)量(liang)在中等以上(shang)時)加熱至950~1000℃以上(shang),急冷(leng)(leng)至室溫(wen),其(qi)塑性和缺口韌(ren)性顯著降低,稱(cheng)為(wei)高溫(wen)脆(cui)性。鉻含(han)量(liang)越(yue)(yue)高,脆(cui)性越(yue)(yue)大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)鋼(gang),經過1000℃的(de)加熱并保溫(wen)10h,冷(leng)(leng)卻后在常溫(wen)下的(de)彎曲角度為(wei)零。
這(zhe)種(zhong)脆性消(xiao)除的辦法是,重新加熱750~850℃,即可以(yi)恢復其塑性。
高溫(wen)脆性(xing)(xing)十分(fen)有害。在焊接、在進行950℃以上熱(re)處理或鑄造(zao)工藝(yi)過(guo)程中,均會出(chu)現高溫(wen)脆性(xing)(xing),同時耐蝕性(xing)(xing)也顯著降(jiang)低。
產生高(gao)溫脆(cui)性(xing)的(de)基本(ben)原因是與碳、氮等間(jian)隙元素的(de)化合(he)物在晶界和(he)晶內(nei)位(wei)錯上的(de)析(xi)出有關。降低鋼中的(de)碳、氮含量,減(jian)少甚至(zhi)避(bi)免碳、滲(shen)氮合(he)物的(de)沉淀析(xi)出,可(ke)以(yi)大大改(gai)善高(gao)溫脆(cui)性(xing)。
5. 晶(jing)間腐蝕敏感(gan)性
普(pu)通(tong)高(gao)鉻鐵素(su)體不銹鋼在(zai)(zai)(zai)加熱過程中存在(zai)(zai)(zai)著475℃脆性、σ相脆性和高(gao)溫(wen)(wen)(wen)脆性三個脆化溫(wen)(wen)(wen)度。由(you)于富鉻的(de)(de)α'相、σ相或(huo)碳滲氮合(he)物(wu)的(de)(de)析出等原(yuan)因(yin),不僅引起(qi)脆化,而(er)且帶來晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)敏感性,使(shi)其耐蝕(shi)性顯(xian)著降低,尤其是當(dang)溫(wen)(wen)(wen)度超過900~950℃而(er)后快速冷(leng)卻(que)時,具有十分(fen)敏感的(de)(de)晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)傾向。即使(shi)鋼中碳、氮含量(liang)較低,如在(zai)(zai)(zai)自來水這樣(yang)弱(ruo)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)條件下,經高(gao)溫(wen)(wen)(wen)空冷(leng)或(huo)在(zai)(zai)(zai)焊(han)縫區也會發生晶(jing)間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)。
退火溫度(du)過高,空冷時(shi)產生敏化,隨后酸洗時(shi),就會(hui)出現晶間腐(fu)蝕。
消除晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕敏(min)感性的辦法是,把敏(min)化了的鐵素體不銹(xiu)鋼用短時間(jian)重(zhong)新加熱至700~850℃,并快(kuai)速(su)冷(leng)卻即可(ke)消除。
焊接或(huo)高(gao)溫淬火,因(yin)經過其(qi)脆化溫度區的時(shi)間短暫,故一般來不(bu)及出現脆化。
鐵素體(ti)不銹鋼的用途之所以(yi)有(you)限,與(yu)上述因素有(you)關。
鐵(tie)素體(ti)不銹鋼主(zhu)要用于化學工業,也可以作(zuo)為耐高溫材料。

