鐵素體不銹(xiu)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(xing)轉變溫度和缺口敏感(gan)性(xing)
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(min)感(gan)性大(da)和(he)脆性轉變溫度(du)高的主要原因是,鋼中間隙元素,尤其是碳、氮和(he)氧等含量較高,并與其化合物(wu)沉(chen)淀相關。這(zhe)些(xie)夾雜物(wu)和(he)析(xi)出相往往處于應力集(ji)中處和(he)裂紋起源(yuan)處。
2. 475℃脆性
通常鐵素體(ti)不銹(xiu)鋼加(jia)熱至高溫,基本上不出現奧氏(shi)體(ti)相變,因此很難經淬火(huo)轉變成馬氏(shi)體(ti)而(er)(er)產生明顯(xian)強(qiang)化。但經處理后,能夠(gou)明顯(xian)提(ti)高強(qiang)度和硬度,而(er)(er)塑性和沖擊(ji)韌度卻明顯(xian)降低。
鉻(ge)含量超過12%的(de)鐵素體不(bu)銹鋼(gang)(gang),加熱至340~540℃時(shi)(shi),經一(yi)定時(shi)(shi)間后,鋼(gang)(gang)的(de)硬度增加,沖擊韌度顯(xian)著(zhu)降低,尤其是(shi)在(zai)475℃時(shi)(shi)最為(wei)嚴(yan)重,因此(ci)稱為(wei)475℃脆(cui)性。產生475℃脆(cui)性的(de)基本原(yuan)因是(shi)由(you)于一(yi)種(zhong)富鉻(ge)(uw(Cr)=61%~83%))的(de)α'相(xiang)的(de)沉(chen)淀(dian)析(xi)(xi)出(chu)所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元(yuan)素促(cu)進(jin)475℃脆(cui)性。α'相(xiang)的(de)析(xi)(xi)出(chu)不(bu)僅帶來脆(cui)性,而且顯(xian)著(zhu)降低鐵素體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)耐蝕性。
3. σ相脆化
根據Fe-Cr相(xiang)(xiang)(xiang)圖,當鉻含(han)量在15%~70%(質量分(fen)數)范圍內,在500~800℃時存在σ相(xiang)(xiang)(xiang)。它是一(yi)種金(jin)屬(shu)間化合物,當w(Cr)=42%~50%~50%時,無磁性,具有(you)四方晶格(ge)結(jie)構,屬(shu)高(gao)硬(ying)度(du)(du)脆性相(xiang)(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)(xiang)首先(xian)產生(sheng)于晶粒邊(bian)界,呈(cheng)鏈(lian)網或(huo)島狀,使(shi)鋼的(de)(de)硬(ying)度(du)(du)提高(gao),卻顯(xian)著降低(di)鋼的(de)(de)塑(su)性、缺口韌性及耐(nai)蝕性。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)生(sheng)成(cheng),C、N抑制其生(sheng)成(cheng)。提高(gao)鉻含(han)量將(jiang)顯(xian)著加速(su)σ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)。當)=25%~30%的(de)(de)鋼在熱(re)處(chu)理時,冷卻速(su)度(du)(du)慢就(jiu)會(hui)有(you)σ相(xiang)(xiang)(xiang)析(xi)出。焊接時長時間w(Cr)=25%-保溫能形(xing)(xing)成(cheng)σ相(xiang)(xiang)(xiang),冷加工也(ye)會(hui)增(zeng)大σ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)析(xi)出速(su)度(du)(du)。
σ相可以通(tong)過加熱至800℃以上溫度,保溫一(yi)定時間使其溶解后快速(su)冷至室溫,而得以消除。
4. 高溫脆性
普通高(gao)(gao)鉻鐵素(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(間隙元素(su)如碳、氮的(de)含(han)量在(zai)中等以(yi)上(shang)(shang)時)加(jia)熱(re)至950~1000℃以(yi)上(shang)(shang),急冷(leng)(leng)至室溫,其塑(su)性(xing)和缺口韌性(xing)顯著降低,稱為高(gao)(gao)溫脆(cui)(cui)性(xing)。鉻含(han)量越高(gao)(gao),脆(cui)(cui)性(xing)越大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)鋼,經過(guo)1000℃的(de)加(jia)熱(re)并保溫10h,冷(leng)(leng)卻后(hou)在(zai)常溫下(xia)的(de)彎曲角度為零。
這種脆性(xing)消除的(de)辦法是,重新加(jia)熱(re)750~850℃,即可以恢復其塑性(xing)。
高溫脆(cui)性十分(fen)有害(hai)。在(zai)焊接、在(zai)進(jin)行950℃以上(shang)熱處理或鑄造工藝過程中,均會出現高溫脆(cui)性,同時耐蝕性也顯著降低。
產生高(gao)溫脆性的(de)(de)基本原(yuan)因(yin)是與碳、氮(dan)等間隙元素的(de)(de)化合物在晶(jing)界(jie)和(he)晶(jing)內位錯上的(de)(de)析出(chu)有關。降低鋼中的(de)(de)碳、氮(dan)含量,減少甚至避免碳、滲(shen)氮(dan)合物的(de)(de)沉(chen)淀析出(chu),可(ke)以大大改善高(gao)溫脆性。
5. 晶間腐蝕敏感性(xing)
普通高鉻(ge)鐵(tie)素體不(bu)銹鋼在(zai)加熱過(guo)程中存在(zai)著(zhu)475℃脆(cui)性、σ相(xiang)脆(cui)性和高溫(wen)(wen)脆(cui)性三個脆(cui)化溫(wen)(wen)度。由于(yu)富鉻(ge)的(de)α'相(xiang)、σ相(xiang)或碳滲氮(dan)合物的(de)析出等原因,不(bu)僅引起脆(cui)化,而(er)且帶來晶間(jian)(jian)腐蝕(shi)(shi)敏感性,使(shi)其(qi)耐蝕(shi)(shi)性顯著(zhu)降低,尤其(qi)是當溫(wen)(wen)度超過(guo)900~950℃而(er)后快速冷卻時,具有十(shi)分(fen)敏感的(de)晶間(jian)(jian)腐蝕(shi)(shi)傾向。即使(shi)鋼中碳、氮(dan)含(han)量較低,如在(zai)自來水(shui)這樣弱的(de)腐蝕(shi)(shi)條件下,經(jing)高溫(wen)(wen)空冷或在(zai)焊縫區也會(hui)發生晶間(jian)(jian)腐蝕(shi)(shi)。
退火溫度過高,空冷時產生敏化,隨(sui)后酸洗時,就會(hui)出現(xian)晶間腐蝕。
消除晶間(jian)腐蝕敏感性的辦法是,把敏化了的鐵素體不(bu)銹鋼用(yong)短時間(jian)重(zhong)新加熱(re)至(zhi)700~850℃,并(bing)快(kuai)速冷卻即可消除。
焊接或高溫淬火,因經過(guo)其脆化(hua)溫度(du)區的時間短暫,故一(yi)般來不及(ji)出現脆化(hua)。
鐵素體不銹鋼的用途之所以有限,與上述因素有關。
鐵素體不銹鋼主要用于(yu)化學工業,也(ye)可(ke)以作為耐高(gao)溫材(cai)料。