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(zhuan)變溫(wen)度和缺口敏感性


    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。


   造成缺口敏感性大(da)和脆性轉變溫度高(gao)的主要(yao)原因是(shi),鋼中間(jian)隙元素,尤其是(shi)碳、氮(dan)和氧等含量較高(gao),并與其化(hua)合物(wu)沉淀相關。這些夾雜物(wu)和析出相往往處于應(ying)力集中處和裂紋起源處。



2. 475℃脆性


   通常鐵素體(ti)不銹鋼加熱至高溫(wen),基本上不出現(xian)奧氏體(ti)相變,因(yin)此很難經(jing)(jing)淬火轉(zhuan)變成馬氏體(ti)而產生明顯強化。但經(jing)(jing)處理后(hou),能夠(gou)明顯提高強度(du)和硬(ying)度(du),而塑性和沖擊韌度(du)卻明顯降(jiang)低。


   鉻含量(liang)超(chao)過(guo)12%的鐵(tie)素體不(bu)銹鋼,加(jia)熱至340~540℃時(shi)(shi)(shi),經一定(ding)時(shi)(shi)(shi)間后,鋼的硬(ying)度增加(jia),沖擊韌度顯(xian)著降(jiang)低,尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)475℃時(shi)(shi)(shi)最(zui)為嚴重,因此(ci)稱為475℃脆性(xing)(xing)。產(chan)生475℃脆性(xing)(xing)的基(ji)本原(yuan)因是(shi)由于一種富鉻(uw(Cr)=61%~83%))的α'相的沉(chen)淀析出(chu)所(suo)致(zhi)。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素促進(jin)475℃脆性(xing)(xing)。α'相的析出(chu)不(bu)僅帶來脆性(xing)(xing),而且(qie)顯(xian)著降(jiang)低鐵(tie)素體不(bu)銹鋼的耐蝕性(xing)(xing)。



3. σ相脆(cui)化


   根據Fe-Cr相(xiang)圖(tu),當(dang)鉻(ge)含量(liang)(liang)在15%~70%(質量(liang)(liang)分(fen)數(shu))范圍內,在500~800℃時(shi)存在σ相(xiang)。它(ta)是一種金屬間化合(he)物,當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無(wu)磁性(xing)(xing),具(ju)有四方晶(jing)格(ge)結構,屬高(gao)硬度(du)(du)脆性(xing)(xing)相(xiang)。σ相(xiang)首先產(chan)生于晶(jing)粒邊界,呈(cheng)鏈網或(huo)島(dao)狀,使(shi)鋼的(de)(de)硬度(du)(du)提高(gao),卻顯著(zhu)降(jiang)低鋼的(de)(de)塑性(xing)(xing)、缺(que)口韌性(xing)(xing)及(ji)耐蝕(shi)性(xing)(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相(xiang)的(de)(de)生成(cheng)(cheng),C、N抑制其生成(cheng)(cheng)。提高(gao)鉻(ge)含量(liang)(liang)將顯著(zhu)加速(su)σ相(xiang)的(de)(de)形成(cheng)(cheng)。當(dang))=25%~30%的(de)(de)鋼在熱處(chu)理時(shi),冷(leng)卻速(su)度(du)(du)慢就會(hui)有σ相(xiang)析(xi)出。焊接時(shi)長時(shi)間w(Cr)=25%-保溫能形成(cheng)(cheng)σ相(xiang),冷(leng)加工也會(hui)增大σ相(xiang)的(de)(de)析(xi)出速(su)度(du)(du)。


   σ相可以(yi)(yi)通過加熱至(zhi)(zhi)800℃以(yi)(yi)上溫度,保(bao)溫一定時間使其溶解后快速冷至(zhi)(zhi)室溫,而得以(yi)(yi)消除。



4. 高(gao)溫脆性


   普(pu)通(tong)高鉻鐵素(su)體不銹鋼(gang)(間隙元素(su)如(ru)碳(tan)、氮(dan)的含量(liang)在中(zhong)等以(yi)上時)加熱至950~1000℃以(yi)上,急(ji)冷(leng)至室溫(wen)(wen),其塑性(xing)(xing)和缺口(kou)韌性(xing)(xing)顯著降(jiang)低,稱(cheng)為高溫(wen)(wen)脆性(xing)(xing)。鉻含量(liang)越高,脆性(xing)(xing)越大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼(gang),經(jing)過(guo)1000℃的加熱并保溫(wen)(wen)10h,冷(leng)卻后在常溫(wen)(wen)下的彎曲(qu)角度為零(ling)。


   這種脆性(xing)消(xiao)除(chu)的辦法是,重新加熱(re)750~850℃,即(ji)可(ke)以(yi)恢復其(qi)塑性(xing)。


   高(gao)溫脆性(xing)十分有害。在(zai)焊接、在(zai)進行950℃以上熱處理或(huo)鑄造工(gong)藝過程中,均會(hui)出現高(gao)溫脆性(xing),同(tong)時耐(nai)蝕性(xing)也顯著降低。


   產生(sheng)高溫脆性(xing)的(de)(de)(de)基本原因是(shi)與(yu)碳(tan)(tan)、氮(dan)(dan)等間隙元素的(de)(de)(de)化合物在晶(jing)界和(he)晶(jing)內位錯上的(de)(de)(de)析(xi)出有關。降低鋼(gang)中的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)、氮(dan)(dan)含(han)量,減少甚至避免(mian)碳(tan)(tan)、滲氮(dan)(dan)合物的(de)(de)(de)沉(chen)淀析(xi)出,可以(yi)大大改(gai)善高溫脆性(xing)。



5. 晶間腐蝕敏感性


   普通高鉻鐵(tie)素體(ti)不銹鋼(gang)在(zai)加熱過(guo)程中(zhong)存在(zai)著475℃脆(cui)性(xing)、σ相(xiang)(xiang)脆(cui)性(xing)和(he)高溫脆(cui)性(xing)三個脆(cui)化溫度。由于富鉻的(de)α'相(xiang)(xiang)、σ相(xiang)(xiang)或(huo)碳滲(shen)氮(dan)合物(wu)的(de)析出等原因,不僅引起脆(cui)化,而(er)(er)且帶來(lai)晶間(jian)腐(fu)蝕敏感(gan)性(xing),使其耐蝕性(xing)顯著降低(di),尤(you)其是當溫度超過(guo)900~950℃而(er)(er)后快速(su)冷卻(que)時(shi),具有十(shi)分敏感(gan)的(de)晶間(jian)腐(fu)蝕傾向。即使鋼(gang)中(zhong)碳、氮(dan)含量較(jiao)低(di),如在(zai)自來(lai)水這樣弱的(de)腐(fu)蝕條件下,經高溫空冷或(huo)在(zai)焊縫區也會發生晶間(jian)腐(fu)蝕。


   退火溫度過高,空冷時產生敏化(hua),隨后(hou)酸洗時,就會出現(xian)晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)。


   消除(chu)晶間腐蝕(shi)敏(min)感性的辦(ban)法是(shi),把敏(min)化了的鐵素體不(bu)銹鋼(gang)用短時間重新加熱至(zhi)700~850℃,并快速冷卻即(ji)可消除(chu)。


   焊接或高溫淬火(huo),因經過其脆(cui)化溫度區的時間(jian)短(duan)暫,故(gu)一般來不及(ji)出現(xian)脆(cui)化。


   鐵素體不銹(xiu)鋼的(de)用(yong)途(tu)之所以有(you)限(xian),與上述(shu)因素有(you)關。


   鐵素(su)體不銹鋼主要(yao)用于化學工業,也(ye)可以作為耐高溫(wen)材料(liao)。





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