碳和氮在鐵(tie)素體(ti)不銹(xiu)鋼中是不受歡迎的,因為它們除了能使鋼強化外,對鋼的其他各種性能都是不利的,如升高韌脆轉變溫度、增大缺口敏感性、降低焊后耐蝕性等。由于冶金技術的進步,目前工業規模上已可生產出超低碳、氮的高純(C+N含量不大于0.015%)鐵素體不銹鋼,使鐵素體不銹鋼的一些不足得到了很大程度的克服。


  碳(tan)和氮都是擴大Fe-Cr合金中γ相區的(de)元素,使(shi)α+y兩相區向(xiang)更(geng)高鉻(ge)含量方向(xiang)移動(圖9.18和圖9.19),因(yin)而使(shi)碳(tan)、氮含量較高的(de)鐵(tie)素體不(bu)銹鋼中可(ke)能出現鐵(tie)素體+馬氏體的(de)雙相結構。


  由于碳、氮在(zai)鐵(tie)素(su)體(ti)中(zhong)的(de)(de)溶解度很低,鐵(tie)素(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)在(zai)高溫加熱后的(de)(de)隨后冷卻過(guo)程中(zhong)會(hui)有碳、氮化物析出,它們對鐵(tie)素(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)性能(neng)產生重要的(de)(de)影響。


  碳、氮含量(liang)的(de)增加(jia)將使鐵(tie)素體(ti)不銹(xiu)鋼的(de)沖擊韌性(xing)下降(jiang),特別是鋼中鉻含量(liang)高達15%~18%時更為明顯,同時使鋼的(de)韌脆轉變溫度(du)明顯上移,增加(jia)鋼的(de)缺口敏感性(xing)。


  鐵素體不銹鋼(gang)(gang)中碳、氮含量(liang)的(de)增加(jia)也加(jia)強了鋼(gang)(gang)的(de)冷卻(que)速(su)率效應和尺(chi)寸效應。前者指(zhi)隨冷卻(que)速(su)率的(de)不同(tong),鋼(gang)(gang)的(de)韌性有(you)很(hen)大的(de)不同(tong),后者是指(zhi)隨截面尺(chi)寸的(de)變化,鋼(gang)(gang)的(de)韌性有(you)很(hen)大的(de)不同(tong)。


  除碳(tan)、氮外,鐵素體(ti)不銹鋼(gang)中的(de)氧含量對其韌性也有類似的(de)影響。


  碳、氮在鐵素體不銹鋼中存在的另一重要影響是使其具有很高的晶間腐(fu)蝕敏感性,其敏感程度隨鋼中C+N含量的增加而增加,其敏感程度遠高于一般18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼。圖9.36為含0.05%C的Cr17鋼與18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼碳化物沉淀與晶間腐蝕的溫度-時間曲線,圖中陰影部分為晶間腐蝕敏感區。


36.jpg


  碳、氮在鐵素體中的溶解度低,而碳、鉻在α相中的擴散速率比在γ相中快得多,因此鐵素體不銹鋼在高溫加熱后的冷卻過程中,包括快速冷卻,極易析出碳化物和氮化物。其敏化行為與奧氏體不銹鋼不同,除了如圖9.36所示,在400~600℃區間,因析出Cr23C6而出現敏化區外,在1100℃以上的高溫區域也可以出現敏化區,這是由于從高溫冷卻過程中經過400~600℃生成Cr23C6所致。在兩個敏化區之間的700~850℃生成Cr23C6時,由于鉻的再擴散而補充了因形成Cr23C6所需要的Cr,因而不產生貧鉻區,敏化現象消失。


  一些研究結果還指出,碳、氮在鐵素體不銹鋼中對耐一般腐蝕、耐點蝕、耐縫(feng)隙腐蝕、耐應力腐蝕等都是有害的。