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(bu)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。
隨著鉻(ge)(ge)、鎳含量(liang)的(de)(de)變化和(he)其他(ta)(ta)合金(jin)元素(su)(su)的(de)(de)加入(ru),以及(ji)受(shou)熱處理或冷變形的(de)(de)影(ying)響,在奧氏體不銹(xiu)鋼的(de)(de)奧氏體基體上還會產生其他(ta)(ta)相(xiang),如鐵(tie)素(su)(su)體、馬氏體、碳化物(wu)、氮化物(wu)、金(jin)屬(shu)間相(xiang)等。鉻(ge)(ge)當(dang)量(liang)和(he)鎳當(dang)量(liang)決定不銹(xiu)鋼的(de)(de)組織(zhi),當(dang)鉻(ge)(ge)當(dang)量(liang)偏(pian)高時(shi),就會使(shi)奧氏體不銹(xiu)鋼中(zhong)含有一定量(liang)的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體。這些少量(liang)的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體可以明顯提高奧氏體不銹(xiu)鋼耐晶間腐蝕(shi)和(he)應(ying)力(li)腐蝕(shi)破裂性能。
鐵素體的(de)出現也(ye)對奧(ao)氏體不銹鋼性(xing)(xing)能帶(dai)來不利的(de)影響,如熱(re)加工(gong)產(chan)生裂紋的(de)傾向性(xing)(xing)增(zeng)大、耐孔蝕(shi)性(xing)(xing)下(xia)降、耐尿(niao)素生產(chan)等腐(fu)蝕(shi)環(huan)境中的(de)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能下(xia)降、容易形成脆性(xing)(xing)相(xiang)等。
大部分常用(yong)鉻(ge)鎳(nie)奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼,自(zi)高(gao)溫(wen)(wen)驟冷(leng)(leng)到(dao)室(shi)溫(wen)(wen)所獲得的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)基體(ti)(ti)組織是亞穩定的(de),當(dang)繼(ji)續冷(leng)(leng)卻到(dao)室(shi)溫(wen)(wen)以下的(de)更(geng)低溫(wen)(wen)度(du),或在經受冷(leng)(leng)變(bian)形(xing)時,就有(you)(you)一(yi)(yi)定量的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)為馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)。奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼中的(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)有(you)(you)兩種(zhong)形(xing)態:一(yi)(yi)種(zhong)是具有(you)(you)體(ti)(ti)心立方(fang)結(jie)構(gou)的(de)a'馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti),呈鐵(tie)磁性;另一(yi)(yi)種(zhong)叫ε相(xiang),具有(you)(you)密集立方(fang)結(jie)構(gou),為非(fei)鐵(tie)磁性。對于(yu)常用(yong)的(de)鉻(ge)鎳(nie)奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼,如果只是由于(yu)冷(leng)(leng)卻,即使冷(leng)(leng)到(dao)-196℃,也不會(hui)產生馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)。但快冷(leng)(leng)到(dao)室(shi)溫(wen)(wen)特(te)別是到(dao)低溫(wen)(wen)后再(zai)施以變(bian)形(xing)、則(ze)可能要產生馬(ma)氏(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(ge)(ge)是奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼主(zhu)要的(de)(de)合(he)(he)金元素,它是鋼中的(de)(de)鐵素體(ti)形(xing)成元素。鉻(ge)(ge)對奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼性(xing)能影響最大的(de)(de)是耐(nai)蝕(shi)性(xing)能。奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼隨(sui)著鉻(ge)(ge)量(liang)增加(jia),耐(nai)硝酸等氧化(hua)性(xing)酸腐蝕(shi)和高溫抗氧化(hua)、硫化(hua)性(xing)能提高;在鎳以(yi)及(ji)鉬(mu)和銅的(de)(de)復合(he)(he)作用下(xia),鉻(ge)(ge)的(de)(de)增加(jia)能提高鋼耐(nai)一(yi)些還原性(xing)介(jie)(jie)質、有機物、尿素和堿介(jie)(jie)質的(de)(de)腐蝕(shi)性(xing)能;鉻(ge)(ge)提高了鋼的(de)(de)耐(nai)局部(bu)腐蝕(shi)的(de)(de)性(xing)能,如耐(nai)晶間腐蝕(shi)、孔蝕(shi)、縫(feng)隙腐蝕(shi)以(yi)及(ji)某(mou)些條(tiao)件下(xia)的(de)(de)應力腐蝕(shi)破(po)裂(lie)性(xing)能。
鎳是奧氏體不銹鋼(gang)主要(yao)的(de)(de)奧氏體形成元(yuan)素,通過增加(jia)鎳可以獲得完(wan)全(quan)奧氏體組織,使鋼(gang)具(ju)有(you)良好的(de)(de)塑韌性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)低溫(wen)韌性(xing)(xing)(xing)(xing),并(bing)且具(ju)有(you)優良的(de)(de)冷熱(re)加(jia)工工藝(yi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng);鎳提高了奧氏體不銹鋼(gang)表(biao)面(mian)膜的(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)(xing)(xing),增加(jia)了抗高溫(wen)氧(yang)化性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng);隨鎳量(liang)提高,耐氯化物應力腐蝕破(po)裂性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)耐還原性(xing)(xing)(xing)(xing)酸的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)增加(jia)。
氮(dan)(dan)是非常強烈的(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)形成(cheng)元(yuan)素(su)。氮(dan)(dan)正日益成(cheng)為(wei)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)中的(de)重要合金(jin)元(yuan)素(su),氮(dan)(dan)的(de)作用(yong)(yong)除代替部分(fen)昂貴的(de)鎳外,主要是作為(wei)固溶強化(hua)元(yuan)素(su)提高(gao)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)的(de)強度,而并(bing)不顯著(zhu)降(jiang)低(di)鋼(gang)(gang)的(de)塑韌性(xing);氮(dan)(dan)提高(gao)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)的(de)耐晶間(jian)腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕性(xing)能。近年來,用(yong)(yong)氮(dan)(dan)合金(jin)化(hua)的(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)的(de)研究開發(fa)取得了較大的(de)進(jin)展,目前(qian)應用(yong)(yong)的(de)含(han)氮(dan)(dan)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)可(ke)分(fen)為(wei)控氮(dan)(dan)型(N=0.05%~0.10%)、中氮(dan)(dan)型(N=0.10%~0.40%)和(he)高(gao)氮(dan)(dan)型(N大于0.4%)三種。
鉬是(shi)(shi)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)鐵素(su)(su)體形成(cheng)元素(su)(su),隨鉬量的(de)(de)加(jia)人和提(ti)(ti)高,附還(huan)(huan)原性(xing)酸(suan)和耐(nai)孔蝕(shi)(shi)、縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能增(zeng)(zeng)加(jia),鉬還(huan)(huan)能提(ti)(ti)高奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)高溫強度。鋼(gang)中(zhong)含(han)銅(tong)(tong)能顯著(zhu)提(ti)(ti)高奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)耐(nai)還(huan)(huan)原性(xing)介(jie)質的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能,如耐(nai)硫(liu)酸(suan)、磷酸(suan)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能,特別(bie)是(shi)(shi)鉬、銅(tong)(tong)復合合金化時,效果更獎出。硅(gui)(gui)能增(zeng)(zeng)加(jia)鋼(gang)的(de)(de)抗高溫氧化性(xing)能;一定的(de)(de)含(han)硅(gui)(gui)量,對提(ti)(ti)高奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)耐(nai)氯化物(wu)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)、耐(nai)濃硝酸(suan)和濃硫(liu)酸(suan)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi),如含(han)硅(gui)(gui)量在4%時,可耐(nai)發煙硝酸(suan)腐(fu)蝕(shi)(shi);硅(gui)(gui)對硝酸(suan)級、尿素(su)(su)級不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)是(shi)(shi)非常(chang)有害的(de)(de),必須嚴(yan)格控制。

