按合金化方式,奧氏體不(bu)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(zhu)鉻(ge)、鎳(nie)含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)變化和(he)其(qi)他(ta)合金(jin)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)加入,以及受熱處理(li)或冷變形的(de)(de)(de)影響(xiang),在奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)基(ji)體(ti)上還會產生(sheng)其(qi)他(ta)相(xiang),如鐵(tie)素(su)體(ti)、馬(ma)氏(shi)體(ti)、碳化物、氮化物、金(jin)屬間相(xiang)等。鉻(ge)當(dang)量(liang)(liang)和(he)鎳(nie)當(dang)量(liang)(liang)決定(ding)不銹鋼的(de)(de)(de)組(zu)織,當(dang)鉻(ge)當(dang)量(liang)(liang)偏高時,就會使奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼中含(han)有一定(ding)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)。這(zhe)些少量(liang)(liang)的(de)(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)可以明顯提(ti)高奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼耐(nai)晶(jing)間腐蝕和(he)應力腐蝕破裂性能。
鐵素體的出現也對奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)性(xing)(xing)能帶來不(bu)利的影(ying)響,如(ru)熱加(jia)工(gong)產生裂(lie)紋的傾向性(xing)(xing)增大、耐孔蝕性(xing)(xing)下降(jiang)、耐尿(niao)素生產等(deng)腐(fu)蝕環境(jing)中的腐(fu)蝕性(xing)(xing)能下降(jiang)、容易(yi)形成(cheng)脆(cui)性(xing)(xing)相等(deng)。
大部分常用鉻鎳(nie)奧(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang),自高溫驟冷(leng)到(dao)室溫所獲得的(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)基體(ti)組(zu)織是(shi)亞穩(wen)定(ding)的(de)(de),當(dang)繼續冷(leng)卻到(dao)室溫以(yi)下的(de)(de)更低溫度,或在經受冷(leng)變(bian)形時,就有(you)一定(ding)量的(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)轉(zhuan)變(bian)為馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)。奧(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)有(you)兩種(zhong)形態:一種(zhong)是(shi)具(ju)有(you)體(ti)心立方結(jie)構的(de)(de)a'馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti),呈(cheng)鐵(tie)磁性;另一種(zhong)叫ε相,具(ju)有(you)密(mi)集立方結(jie)構,為非(fei)鐵(tie)磁性。對(dui)于常用的(de)(de)鉻鎳(nie)奧(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼(gang),如果(guo)只是(shi)由于冷(leng)卻,即使(shi)冷(leng)到(dao)-196℃,也不(bu)(bu)會產(chan)生(sheng)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)。但快冷(leng)到(dao)室溫特別是(shi)到(dao)低溫后再施以(yi)變(bian)形、則可(ke)能要(yao)產(chan)生(sheng)馬(ma)氏(shi)(shi)體(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。
鉻是奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)主(zhu)要的(de)(de)(de)合金元素,它是鋼(gang)中的(de)(de)(de)鐵素體(ti)形成元素。鉻對奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)性(xing)能(neng)影響最(zui)大的(de)(de)(de)是耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)。奧(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)隨(sui)著鉻量增加(jia),耐(nai)(nai)硝酸等(deng)氧(yang)化性(xing)酸腐蝕(shi)(shi)和(he)高(gao)溫抗氧(yang)化、硫化性(xing)能(neng)提高(gao);在鎳以及鉬和(he)銅的(de)(de)(de)復合作用下,鉻的(de)(de)(de)增加(jia)能(neng)提高(gao)鋼(gang)耐(nai)(nai)一些還原性(xing)介(jie)(jie)質、有機(ji)物、尿(niao)素和(he)堿介(jie)(jie)質的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng);鉻提高(gao)了鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)局(ju)部腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)性(xing)能(neng),如耐(nai)(nai)晶間(jian)腐蝕(shi)(shi)、孔(kong)蝕(shi)(shi)、縫(feng)隙腐蝕(shi)(shi)以及某些條件下的(de)(de)(de)應力(li)腐蝕(shi)(shi)破裂性(xing)能(neng)。
鎳(nie)是奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼主要的奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)形(xing)成元素,通過增加(jia)鎳(nie)可(ke)以獲得完全奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)組織,使鋼具有(you)良好的塑(su)韌性(xing)和低溫韌性(xing),并且具有(you)優良的冷熱加(jia)工工藝性(xing)能和焊(han)接性(xing)能;鎳(nie)提高(gao)(gao)了(le)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼表面膜(mo)的穩定性(xing),增加(jia)了(le)抗高(gao)(gao)溫氧化性(xing)能;隨鎳(nie)量提高(gao)(gao),耐(nai)氯化物應(ying)力腐(fu)蝕破裂(lie)性(xing)能和耐(nai)還原(yuan)性(xing)酸的性(xing)能增加(jia)。
氮(dan)(dan)(dan)(dan)是非常強(qiang)烈的(de)奧(ao)氏體形成元素。氮(dan)(dan)(dan)(dan)正日益(yi)成為(wei)(wei)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)的(de)重要(yao)合(he)金元素,氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)作用除代替部分昂貴(gui)的(de)鎳外,主要(yao)是作為(wei)(wei)固溶強(qiang)化(hua)元素提高奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)強(qiang)度,而并不(bu)(bu)顯著(zhu)降低(di)鋼的(de)塑韌性;氮(dan)(dan)(dan)(dan)提高奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)耐晶間(jian)腐蝕(shi)、孔蝕(shi)、縫隙(xi)腐蝕(shi)性能。近年來,用氮(dan)(dan)(dan)(dan)合(he)金化(hua)的(de)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)研(yan)究開發取得了(le)較大的(de)進(jin)展,目(mu)前應用的(de)含氮(dan)(dan)(dan)(dan)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼可分為(wei)(wei)控(kong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)型(N=0.05%~0.10%)、中(zhong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)型(N=0.10%~0.40%)和(he)高氮(dan)(dan)(dan)(dan)型(N大于0.4%)三種。
鉬是鋼(gang)中的(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)形成元素(su),隨(sui)鉬量的(de)(de)加人和提(ti)高,附還原性(xing)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和耐(nai)(nai)(nai)孔蝕(shi)、縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)增加,鉬還能(neng)(neng)(neng)提(ti)高奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)的(de)(de)高溫強度。鋼(gang)中含銅能(neng)(neng)(neng)顯著提(ti)高奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)耐(nai)(nai)(nai)還原性(xing)介質的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)(neng),如耐(nai)(nai)(nai)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)、磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)(neng),特(te)別是鉬、銅復合合金化時,效果更獎出。硅(gui)能(neng)(neng)(neng)增加鋼(gang)的(de)(de)抗(kang)高溫氧化性(xing)能(neng)(neng)(neng);一定(ding)的(de)(de)含硅(gui)量,對(dui)提(ti)高奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)耐(nai)(nai)(nai)氯(lv)化物應(ying)力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)、耐(nai)(nai)(nai)濃(nong)(nong)硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)和濃(nong)(nong)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi),如含硅(gui)量在4%時,可耐(nai)(nai)(nai)發煙硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi);硅(gui)對(dui)硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)級、尿素(su)級不銹鋼(gang)是非常(chang)有害的(de)(de),必須嚴格控制。