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(cui)性轉變溫度和(he)缺口敏感性
鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體不銹鋼(gang)(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(cheng)缺口敏(min)感性大(da)和(he)(he)脆性轉變溫(wen)度高的主要原(yuan)因是,鋼中(zhong)(zhong)間(jian)隙元素(su),尤(you)其(qi)是碳、氮和(he)(he)氧等(deng)含(han)量較高,并與其(qi)化(hua)合物沉(chen)淀相關(guan)。這些(xie)夾雜物和(he)(he)析出相往往處于(yu)應力集(ji)中(zhong)(zhong)處和(he)(he)裂紋起源處。
2. 475℃脆性
通(tong)常(chang)鐵素(su)體不銹鋼(gang)加(jia)熱至高溫,基(ji)本上不出現奧氏體相變(bian),因此很難經淬火轉變(bian)成馬(ma)氏體而產生明顯(xian)強(qiang)化。但經處(chu)理后,能夠(gou)明顯(xian)提(ti)高強(qiang)度和硬度,而塑性和沖擊韌度卻明顯(xian)降低。
鉻(ge)含量超過12%的鐵素體(ti)不(bu)銹鋼(gang),加熱至340~540℃時,經一定(ding)時間后,鋼(gang)的硬(ying)度(du)(du)增加,沖(chong)擊韌(ren)度(du)(du)顯著(zhu)降低(di),尤其是在475℃時最為(wei)嚴(yan)重(zhong),因此稱為(wei)475℃脆(cui)(cui)性(xing)。產生475℃脆(cui)(cui)性(xing)的基本原因是由(you)于一種(zhong)富(fu)鉻(ge)(uw(Cr)=61%~83%))的α'相的沉淀析出所致(zhi)。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素促進475℃脆(cui)(cui)性(xing)。α'相的析出不(bu)僅帶來脆(cui)(cui)性(xing),而且顯著(zhu)降低(di)鐵素體(ti)不(bu)銹鋼(gang)的耐蝕(shi)性(xing)。
3. σ相脆化
根據Fe-Cr相(xiang)(xiang)(xiang)圖,當(dang)鉻含量(liang)在(zai)(zai)15%~70%(質量(liang)分數)范圍內,在(zai)(zai)500~800℃時(shi)(shi)存(cun)在(zai)(zai)σ相(xiang)(xiang)(xiang)。它是一(yi)種金屬間(jian)化合物,當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時(shi)(shi),無磁(ci)性,具有四方晶(jing)格結構(gou),屬高硬度脆性相(xiang)(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)(xiang)首先(xian)產生(sheng)(sheng)于晶(jing)粒邊界,呈鏈網或島(dao)狀,使鋼的(de)(de)硬度提高,卻顯(xian)著降低鋼的(de)(de)塑性、缺口韌性及(ji)耐蝕(shi)性。Mo、Si、Ni、Mn等(deng)促進σ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)生(sheng)(sheng)成,C、N抑制其生(sheng)(sheng)成。提高鉻含量(liang)將顯(xian)著加(jia)速(su)(su)σ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)形成。當(dang))=25%~30%的(de)(de)鋼在(zai)(zai)熱處理(li)時(shi)(shi),冷(leng)卻速(su)(su)度慢就會有σ相(xiang)(xiang)(xiang)析出。焊接(jie)時(shi)(shi)長時(shi)(shi)間(jian)w(Cr)=25%-保溫能形成σ相(xiang)(xiang)(xiang),冷(leng)加(jia)工也會增大σ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)析出速(su)(su)度。
σ相可以(yi)通過加熱至(zhi)800℃以(yi)上溫度(du),保溫一定(ding)時間使其溶解后(hou)快(kuai)速冷至(zhi)室溫,而得以(yi)消除。
4. 高(gao)溫脆性
普通高(gao)(gao)鉻鐵素體(ti)不銹鋼(gang)(間隙(xi)元素如碳、氮的(de)含量(liang)在中等以上時)加(jia)熱至(zhi)950~1000℃以上,急冷至(zhi)室溫(wen)(wen),其塑性和缺(que)口(kou)韌性顯著降低(di),稱為高(gao)(gao)溫(wen)(wen)脆(cui)性。鉻含量(liang)越高(gao)(gao),脆(cui)性越大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)鋼(gang),經過1000℃的(de)加(jia)熱并(bing)保(bao)溫(wen)(wen)10h,冷卻后在常溫(wen)(wen)下的(de)彎曲角度為零。
這種(zhong)脆(cui)性消除的辦法是,重新加熱750~850℃,即可以恢復其塑(su)性。
高溫脆性(xing)十分有(you)害。在(zai)焊(han)接、在(zai)進行(xing)950℃以上熱處理或鑄(zhu)造工(gong)藝過程中,均會(hui)出現高溫脆性(xing),同時耐(nai)蝕(shi)性(xing)也顯著(zhu)降(jiang)低。
產(chan)生高溫(wen)(wen)脆性的(de)基本原因是與碳(tan)(tan)、氮等間隙元素的(de)化合(he)物在晶界和晶內位錯(cuo)上的(de)析(xi)出(chu)(chu)有關。降(jiang)低(di)鋼中的(de)碳(tan)(tan)、氮含量,減(jian)少甚(shen)至避免碳(tan)(tan)、滲氮合(he)物的(de)沉(chen)淀析(xi)出(chu)(chu),可以大大改善高溫(wen)(wen)脆性。
5. 晶間腐(fu)蝕敏感性
普通高(gao)鉻(ge)鐵(tie)素體不銹鋼在(zai)加熱(re)過(guo)程中存在(zai)著475℃脆(cui)性(xing)、σ相(xiang)脆(cui)性(xing)和(he)高(gao)溫脆(cui)性(xing)三個脆(cui)化(hua)溫度。由于富鉻(ge)的(de)α'相(xiang)、σ相(xiang)或碳滲氮(dan)(dan)合物的(de)析出等原因,不僅引(yin)起(qi)脆(cui)化(hua),而且帶來(lai)晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕敏(min)感性(xing),使(shi)其(qi)耐蝕性(xing)顯著降低(di),尤其(qi)是當溫度超過(guo)900~950℃而后(hou)快(kuai)速(su)冷卻時,具有十分敏(min)感的(de)晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕傾向。即使(shi)鋼中碳、氮(dan)(dan)含量較(jiao)低(di),如在(zai)自來(lai)水(shui)這樣弱的(de)腐(fu)(fu)蝕條(tiao)件(jian)下,經高(gao)溫空冷或在(zai)焊縫區(qu)也會發生晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕。
退火(huo)溫度過高(gao),空冷時產生敏化,隨后(hou)酸洗時,就會出現晶間(jian)腐蝕。
消除晶間腐(fu)蝕敏感(gan)性的(de)辦法是,把敏化了的(de)鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹鋼用(yong)短時間重新加(jia)熱至(zhi)700~850℃,并快速冷卻即可消除。
焊接(jie)或高溫淬火,因經過其(qi)脆(cui)化溫度區(qu)的時間短暫,故一般來不(bu)及出(chu)現脆(cui)化。
鐵素體不(bu)銹鋼的用途(tu)之(zhi)所以(yi)有限,與上(shang)述因素有關。
鐵素體不(bu)銹鋼主要用(yong)于化學工業,也可以作(zuo)為(wei)耐高溫(wen)材料。

