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. 脆性轉變溫度和缺口敏(min)感性
鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體不銹鋼(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。
造成缺口(kou)敏感性大和(he)脆性轉變溫度高的主要原(yuan)因是,鋼中間隙元(yuan)素(su),尤其是碳、氮和(he)氧(yang)等含量較高,并與其化(hua)合物沉淀相關。這些夾(jia)雜物和(he)析出(chu)相往往處(chu)于應力集中處(chu)和(he)裂(lie)紋(wen)起源處(chu)。
2. 475℃脆性
通常鐵素體(ti)不銹鋼加熱(re)至高(gao)溫,基本上不出現奧(ao)氏(shi)體(ti)相變,因此很難經淬火轉變成馬氏(shi)體(ti)而(er)產生明顯(xian)強化。但經處(chu)理(li)后,能(neng)夠明顯(xian)提高(gao)強度和(he)硬度,而(er)塑(su)性和(he)沖擊韌度卻明顯(xian)降(jiang)低。
鉻含量(liang)超過12%的(de)(de)鐵素體不銹鋼,加熱至340~540℃時,經一定時間后,鋼的(de)(de)硬度(du)增加,沖擊韌度(du)顯著降低,尤其是在475℃時最為(wei)嚴重,因此(ci)稱為(wei)475℃脆性(xing)(xing)(xing)。產(chan)生475℃脆性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)基本(ben)原因是由于(yu)一種富(fu)鉻(uw(Cr)=61%~83%))的(de)(de)α'相(xiang)的(de)(de)沉(chen)淀析出(chu)所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等(deng)元素促進475℃脆性(xing)(xing)(xing)。α'相(xiang)的(de)(de)析出(chu)不僅(jin)帶來脆性(xing)(xing)(xing),而且顯著降低鐵素體不銹鋼的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)(xing)。
3. σ相脆化
根據Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖,當(dang)鉻含量在15%~70%(質量分數)范圍內,在500~800℃時(shi)存(cun)在σ相(xiang)(xiang)。它(ta)是一種(zhong)金屬(shu)間化合物,當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無磁性(xing),具有(you)四方晶(jing)格結構,屬(shu)高硬度脆性(xing)相(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)首先(xian)產生于晶(jing)粒邊界,呈鏈網或島(dao)狀,使(shi)鋼(gang)的(de)硬度提高,卻顯著(zhu)降(jiang)低鋼(gang)的(de)塑性(xing)、缺(que)口韌性(xing)及(ji)耐蝕性(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促(cu)進σ相(xiang)(xiang)的(de)生成,C、N抑(yi)制其生成。提高鉻含量將顯著(zhu)加速(su)(su)σ相(xiang)(xiang)的(de)形(xing)成。當(dang))=25%~30%的(de)鋼(gang)在熱處理時(shi),冷卻速(su)(su)度慢就(jiu)會有(you)σ相(xiang)(xiang)析出。焊接(jie)時(shi)長時(shi)間w(Cr)=25%-保溫能(neng)形(xing)成σ相(xiang)(xiang),冷加工(gong)也會增(zeng)大σ相(xiang)(xiang)的(de)析出速(su)(su)度。
σ相(xiang)可以通(tong)過加熱至(zhi)800℃以上溫度,保溫一(yi)定(ding)時間使其(qi)溶(rong)解后快速冷至(zhi)室溫,而得以消除。
4. 高(gao)溫脆(cui)性(xing)
普通高(gao)(gao)鉻鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)鋼(間(jian)隙(xi)元素如碳、氮(dan)的含量(liang)在中等以(yi)上時)加熱至(zhi)950~1000℃以(yi)上,急(ji)冷(leng)至(zhi)室溫,其塑(su)性(xing)和缺口韌(ren)性(xing)顯(xian)著降低,稱(cheng)為高(gao)(gao)溫脆性(xing)。鉻含量(liang)越高(gao)(gao),脆性(xing)越大。當(dang)w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼,經過1000℃的加熱并保溫10h,冷(leng)卻后(hou)在常溫下的彎(wan)曲(qu)角度(du)為零。
這種脆性(xing)消(xiao)除的(de)辦法是,重新加熱(re)750~850℃,即(ji)可以(yi)恢(hui)復其塑性(xing)。
高溫脆性(xing)十(shi)分(fen)有(you)害。在(zai)(zai)焊接、在(zai)(zai)進行950℃以上熱處(chu)理(li)或(huo)鑄造(zao)工(gong)藝過程中,均會(hui)出現高溫脆性(xing),同時耐蝕性(xing)也顯著降低。
產生高溫(wen)脆性的(de)基本原因(yin)是(shi)與碳(tan)、氮等間隙元素(su)的(de)化合物在晶(jing)界和晶(jing)內位錯上(shang)的(de)析出(chu)有關。降低鋼(gang)中的(de)碳(tan)、氮含量,減少甚至避免碳(tan)、滲氮合物的(de)沉淀析出(chu),可以大大改善高溫(wen)脆性。
5. 晶間(jian)腐蝕敏感性
普通高鉻鐵(tie)素(su)體不銹(xiu)鋼在加熱過(guo)程中存(cun)在著475℃脆性(xing)、σ相脆性(xing)和(he)高溫脆性(xing)三(san)個脆化(hua)溫度。由于富鉻的(de)(de)(de)α'相、σ相或碳滲(shen)氮合物的(de)(de)(de)析出(chu)等原(yuan)因(yin),不僅引起(qi)脆化(hua),而且帶來(lai)晶(jing)間腐蝕(shi)(shi)敏(min)感性(xing),使其(qi)耐蝕(shi)(shi)性(xing)顯(xian)著降低,尤(you)其(qi)是當溫度超過(guo)900~950℃而后快速冷(leng)卻時,具有十分(fen)敏(min)感的(de)(de)(de)晶(jing)間腐蝕(shi)(shi)傾向。即使鋼中碳、氮含量較低,如(ru)在自來(lai)水這樣(yang)弱的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)條件下,經高溫空冷(leng)或在焊縫區(qu)也會發生晶(jing)間腐蝕(shi)(shi)。
退火溫(wen)度過(guo)高,空冷時產生敏化,隨后(hou)酸洗時,就會出現(xian)晶間腐蝕。
消(xiao)除(chu)晶間腐(fu)蝕敏感性的辦法是,把敏化了的鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)鋼用短時間重新加熱至700~850℃,并快速(su)冷卻(que)即可消(xiao)除(chu)。
焊接或高溫淬火(huo),因經(jing)過其(qi)脆(cui)化溫度區的時(shi)間(jian)短暫,故(gu)一(yi)般(ban)來不及出現脆(cui)化。
鐵素體不銹鋼的(de)用(yong)途之所以有限,與上述因素有關。
鐵素體不銹鋼主要用于化(hua)學工業,也可(ke)以作為耐高(gao)溫材(cai)料。

