按合金化方式,奧氏體不銹鋼可分為鉻鎳奧氏體不銹鋼和鉻錳奧氏體不銹鋼,前者是奧氏體不銹鋼主體。鉻鎳奧氏體不銹鋼具有良好的綜合力學性能、優良的冷熱加工工藝性能和焊接性能,特別是在多種腐蝕介質中具有優良的耐蝕性能。另外,這種不銹(xiu)鋼還具有非鐵磁性和良好的低溫性能。因此,奧氏體不銹鋼獲得了最廣泛的應用。它的強度、硬度偏低,是它的不足之處。鉻錳氨(鉻錳鎳氨)奧氏體不銹鋼,除了鉻、錳外還有氮及適當的鎳,由于氮的固溶強化,這類不銹鋼可以達到相當高的強度。
隨著鉻(ge)、鎳含量(liang)(liang)的變化(hua)和其他(ta)(ta)合(he)金元素(su)(su)的加入,以及受熱(re)處理或冷變形的影(ying)響(xiang),在奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼的奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)基體(ti)(ti)上(shang)還(huan)會產生其他(ta)(ta)相(xiang),如鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)、馬氏(shi)體(ti)(ti)、碳化(hua)物、氮化(hua)物、金屬間相(xiang)等(deng)。鉻(ge)當(dang)(dang)量(liang)(liang)和鎳當(dang)(dang)量(liang)(liang)決定不(bu)銹(xiu)鋼的組(zu)織,當(dang)(dang)鉻(ge)當(dang)(dang)量(liang)(liang)偏高(gao)時,就會使奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中含有一定量(liang)(liang)的鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)。這些少量(liang)(liang)的鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)可以明顯提高(gao)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼耐晶間腐蝕和應力腐蝕破裂性能。
鐵素(su)體的(de)(de)出現也對奧氏體不(bu)銹鋼性(xing)能帶來(lai)不(bu)利的(de)(de)影響,如(ru)熱(re)加(jia)工產生裂紋的(de)(de)傾向性(xing)增大、耐孔(kong)蝕性(xing)下降、耐尿素(su)生產等(deng)(deng)腐(fu)蝕環境(jing)中(zhong)的(de)(de)腐(fu)蝕性(xing)能下降、容易形成脆性(xing)相等(deng)(deng)。
大部分常用鉻(ge)鎳奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),自高溫(wen)(wen)(wen)驟冷(leng)到室(shi)溫(wen)(wen)(wen)所獲得的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)基(ji)體(ti)(ti)組織是亞(ya)穩定的(de),當繼續(xu)冷(leng)卻(que)(que)到室(shi)溫(wen)(wen)(wen)以下的(de)更低溫(wen)(wen)(wen)度,或在經受冷(leng)變形(xing)時,就有(you)一定量(liang)的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)轉變為馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)。奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中的(de)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)有(you)兩(liang)種(zhong)形(xing)態:一種(zhong)是具有(you)體(ti)(ti)心立方結構(gou)(gou)的(de)a'馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti),呈鐵(tie)磁性;另一種(zhong)叫ε相,具有(you)密集立方結構(gou)(gou),為非鐵(tie)磁性。對于常用的(de)鉻(ge)鎳奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),如果只是由(you)于冷(leng)卻(que)(que),即使冷(leng)到-196℃,也不(bu)(bu)會產(chan)生馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)。但快冷(leng)到室(shi)溫(wen)(wen)(wen)特(te)別(bie)是到低溫(wen)(wen)(wen)后再(zai)施(shi)以變形(xing)、則可(ke)能要產(chan)生馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)。
碳在高溫奧氏體中的溶解度是比較大的,當奧氏體鋼迅速冷卻到常溫時,碳的溶解度大大減小,使得碳以過飽和的形式固溶下來,若加熱到一定的溫度,并保溫足夠的時間,就會有碳化物析出。奧氏體不銹鋼中最常見的碳化物是M23C6型,其次有MC和M6C型。在不含鈦、鈮等強碳化物形成元素的奧氏體不銹鋼中,最主要的碳化物是M23C6,M23C6中的M主要是鉻。M23C6具有復雜的面心立方結構,析出溫度范圍為400~950℃,最先析出的部位是鐵素體-奧氏體相界,往后依次是晶界、非共格李晶界及非金屬夾雜物邊界和共格李晶界、最后是晶內。降低含碳量,加入一些如鈦、鈮等強碳化物形成元素,優先在晶內形成顆粒狀的TiC、NbC,起穩定C作用,都會減少和減緩M23C6析出。另外氮的加入也會減緩M23C6的析出。金屬間相常見的σ相,將在以后專門介紹。
鉻是(shi)奧(ao)(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)主要的(de)(de)合金元素(su),它是(shi)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)鐵素(su)體形成元素(su)。鉻對奧(ao)(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)性能(neng)(neng)(neng)影響最大的(de)(de)是(shi)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)(neng)(neng)。奧(ao)(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)隨(sui)著鉻量增加,耐(nai)硝酸等氧化性酸腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和(he)高溫抗氧化、硫化性能(neng)(neng)(neng)提(ti)高;在鎳以及鉬和(he)銅的(de)(de)復合作用下,鉻的(de)(de)增加能(neng)(neng)(neng)提(ti)高鋼(gang)耐(nai)一些還原性介(jie)質、有機物、尿素(su)和(he)堿(jian)介(jie)質的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)(neng)(neng);鉻提(ti)高了鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)局部腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)性能(neng)(neng)(neng),如耐(nai)晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、孔蝕(shi)(shi)(shi)、縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)以及某(mou)些條件下的(de)(de)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破裂性能(neng)(neng)(neng)。
鎳是奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼主要的奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)形(xing)成(cheng)元素,通(tong)過增加(jia)鎳可以獲得(de)完(wan)全奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織,使鋼具(ju)有良(liang)好的塑(su)韌(ren)性(xing)(xing)和(he)低溫(wen)韌(ren)性(xing)(xing),并且具(ju)有優良(liang)的冷(leng)熱加(jia)工工藝性(xing)(xing)能(neng)和(he)焊接性(xing)(xing)能(neng);鎳提(ti)(ti)高(gao)了(le)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼表面膜的穩定性(xing)(xing),增加(jia)了(le)抗高(gao)溫(wen)氧化性(xing)(xing)能(neng);隨(sui)鎳量提(ti)(ti)高(gao),耐氯化物應力腐蝕破裂性(xing)(xing)能(neng)和(he)耐還原性(xing)(xing)酸(suan)的性(xing)(xing)能(neng)增加(jia)。
氮(dan)(dan)(dan)是(shi)非常(chang)強烈的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)形成元素(su)。氮(dan)(dan)(dan)正日益成為奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的重要(yao)合金元素(su),氮(dan)(dan)(dan)的作用除代替部分昂貴的鎳外,主要(yao)是(shi)作為固(gu)溶強化(hua)元素(su)提高(gao)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的強度,而并不顯著降低鋼(gang)(gang)(gang)的塑韌(ren)性(xing);氮(dan)(dan)(dan)提高(gao)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的耐晶間腐蝕(shi)、孔蝕(shi)、縫隙腐蝕(shi)性(xing)能。近年來,用氮(dan)(dan)(dan)合金化(hua)的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的研(yan)究開發取得(de)了較(jiao)大(da)的進展,目(mu)前應用的含氮(dan)(dan)(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)可分為控氮(dan)(dan)(dan)型(xing)(xing)(N=0.05%~0.10%)、中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)型(xing)(xing)(N=0.10%~0.40%)和高(gao)氮(dan)(dan)(dan)型(xing)(xing)(N大(da)于(yu)0.4%)三種。
鉬是鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的鐵素體(ti)形成(cheng)元(yuan)素,隨鉬量的加人和(he)提(ti)高(gao)(gao),附還原性(xing)(xing)酸(suan)和(he)耐孔蝕(shi)、縫隙腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)增加,鉬還能(neng)(neng)提(ti)高(gao)(gao)奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)(gang)的高(gao)(gao)溫強度。鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)含銅(tong)能(neng)(neng)顯(xian)著提(ti)高(gao)(gao)奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)(gang)耐還原性(xing)(xing)介質(zhi)的腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng),如(ru)耐硫酸(suan)、磷酸(suan)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng),特(te)別是鉬、銅(tong)復(fu)合合金化(hua)時,效果更(geng)獎出。硅(gui)能(neng)(neng)增加鋼(gang)(gang)(gang)的抗高(gao)(gao)溫氧化(hua)性(xing)(xing)能(neng)(neng);一定的含硅(gui)量,對提(ti)高(gao)(gao)奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)(gang)耐氯化(hua)物應力腐(fu)蝕(shi)、耐濃硝(xiao)酸(suan)和(he)濃硫酸(suan)的腐(fu)蝕(shi),如(ru)含硅(gui)量在4%時,可耐發煙(yan)硝(xiao)酸(suan)腐(fu)蝕(shi);硅(gui)對硝(xiao)酸(suan)級、尿素級不銹鋼(gang)(gang)(gang)是非常有害的,必(bi)須嚴格控制。