鉬是除鉻、鎳之外不銹鋼中另一個重要的元素。鉻鎳奧氏體不銹鋼一般僅用于要求不銹性和耐氧化性介質的條件下,鉬的加入,極大地改變了奧氏體不銹鋼的組織和服役性能,尤其是耐蝕性。
鉬(mu)(mu)是(shi)鐵(tie)(tie)素體形(xing)成(cheng)元素,其能力(li)和(he)鉻(ge)相(xiang)當(dang),因此在(zai)含(han)鉬(mu)(mu)奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong),為保(bao)持奧(ao)(ao)氏(shi)體組(zu)(zu)織的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing),鎳含(han)量較(jiao)鉻(ge)鎳奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)高。鉬(mu)(mu)的(de)(de)(de)加(jia)入(ru),除了對鐵(tie)(tie)素體和(he)奧(ao)(ao)氏(shi)體組(zu)(zu)織平(ping)衡的(de)(de)(de)影響之外,對奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)帶來組(zu)(zu)織上的(de)(de)(de)更(geng)大的(de)(de)(de)影響是(shi)顯著(zhu)促(cu)進(jin)(jin)奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)金屬(shu)間相(xiang)的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng),比如σ相(xiang)、x相(xiang)、Laves相(xiang)等,將極大地降低鋼(gang)的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織熱穩(wen)定性(xing),增(zeng)(zeng)加(jia)鋼(gang)的(de)(de)(de)脆化敏感性(xing),進(jin)(jin)而導致(zhi)鋼(gang)的(de)(de)(de)塑韌(ren)性(xing)、耐蝕性(xing)、冷成(cheng)型性(xing)和(he)焊接(jie)性(xing)的(de)(de)(de)降低。隨著(zhu)鉬(mu)(mu)含(han)量的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia),對奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)組(zu)(zu)織的(de)(de)(de)影響更(geng)加(jia)明顯,尤其是(shi)在(zai)超級奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)。對于4%以(yi)上鉬(mu)(mu)含(han)量的(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang),為保(bao)證組(zu)(zu)織的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing),避(bi)免金屬(shu)間相(xiang)的(de)(de)(de)析出,均要求(qiu)在(zai)更(geng)高的(de)(de)(de)溫度和(he)更(geng)長(chang)的(de)(de)(de)保(bao)溫時間固溶處(chu)理以(yi)充分消融(rong)金屬(shu)間相(xiang)。
鉬作(zuo)為(wei)一個(ge)較大的原子,通過固溶強化可提高(gao)(gao)包(bao)括高(gao)(gao)溫強度(du)(du)等不銹(xiu)鋼的強度(du)(du),并改善奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼的高(gao)(gao)溫持久和蠕變性(xing)能。但是鉬的加(jia)(jia)入使鋼的高(gao)(gao)溫變形(xing)抗力增(zeng)加(jia)(jia),尤其是當奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼中因鉬的加(jia)(jia)入存(cun)在少量8鐵素體(ti)(ti)時,其熱加(jia)(jia)工性(xing)、熱成型性(xing)明顯低于鉻鎳奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼。
與不(bu)(bu)(bu)含鉬(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)相比,含鉬(mu)(mu)(mu)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)通常耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能更好,常應用(yong)于(yu)腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)更強(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)環境如化工設備或海洋用(yong)途。鉬(mu)(mu)(mu)主要提(ti)升不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)還原性(xing)(xing)(xing)介質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing),尤其(qi)是點(dian)腐蝕(shi)、縫隙腐蝕(shi),其(qi)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能是鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)3.5倍。含鉬(mu)(mu)(mu)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)再鈍(dun)(dun)化能力顯著強(qiang)(qiang)于(yu)鉻(ge)鎳不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)。研(yan)究(jiu)表明,鉬(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)僅當(dang)鋼(gang)中含有較高鉻(ge)含量的(de)(de)(de)(de)(de)時候才(cai)有效。這(zhe)是因為鉬(mu)(mu)(mu)能顯著促(cu)進鉻(ge)在鈍(dun)(dun)化膜(mo)中的(de)(de)(de)(de)(de)富(fu)集(ji),從而增強(qiang)(qiang)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)鈍(dun)(dun)化膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)(xing),顯著強(qiang)(qiang)化鋼(gang)中鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)作(zuo)用(yong),從而大幅提(ti)高奧(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)。由于(yu)鉬(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)是和鉻(ge)協同作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)結果,因此(ci)在研(yan)究(jiu)含鉬(mu)(mu)(mu)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)時,往(wang)往(wang)需要尋找鉻(ge)、鉬(mu)(mu)(mu)含量的(de)(de)(de)(de)(de)平衡,以找到最佳耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)成分組(zu)合。此(ci)外,鉬(mu)(mu)(mu)形成鉬(mu)(mu)(mu)酸鹽后可以起到緩(huan)蝕(shi)劑的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)。
在Cr-Ni-Mo奧氏體不銹鋼合金體系中,廣為人知的當屬17Cr-12Ni-2Mo,即316系列。06Cr17Ni12Mo2(316)屬于奧氏體不銹鋼,具有良好的強度、塑韌性和冷成型性及良好的低溫性能。由于在18-8型基礎上加入2%鉬,因而具有更好的耐還原性介質和耐點蝕、縫隙腐蝕的能力,在各種有機酸、無機酸、堿、鹽類(如亞硫酸、硫酸、磷酸、醋酸、甲酸、鹵素鹽等)、海水中均具有較好的耐蝕性。022Cr17Ni12Mo2(316L)是在06Cr17Ni12Mo2基礎上發展的超低碳奧氏體不銹鋼,為平衡組織穩定,鎳含量更高。和06Cr17Ni12Mo2相比,022Cr17Ni12Mo2 具有更好的耐敏化態晶間腐蝕性能,適于制造厚截面尺寸的焊接部件和設備。上述兩種奧氏體不銹鋼是制造合成纖維、石油化工、紡織、化肥、造紙、印染及原子能工業用設備的重要耐蝕材料。
采用氮合金化技術,在06Cr17Ni12Mo2 和022Cr17Ni12Mo2 基礎上,發展了06Cr17Ni12Mo2N(316N)和022Cr17Ni12Mo2N(316LN)奧氏體不銹鋼,氮含量一般控制在0.10%~0.25%范圍內,既利用了氮的有益作用,又防止氮化物等有害相的析出。氮的加入,進一步提高了不銹鋼的強度,同時仍保持較高的塑韌性水平。在耐蝕性方面,除仍保留原始鋼種的耐蝕特點外,氮的加入改善了鋼的耐局部腐蝕性能,如耐點蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕性能均得到不同程度的提高。奧氏體不銹鋼的冶金生產工藝性能基本和原始鋼種一致,易于生產板、管、絲、帶、鍛件、型材等冶金產品。在不含氮鋼種的強度稍顯不足的應用領域,此兩鋼種是最佳候選材料。
含(han)氮、含(han)鉬的(de)(de)Cr-Ni-Mo奧氏(shi)體不銹鋼(gang),由(you)于兼具強度(du)和(he)耐(nai)蝕(shi)性,在核(he)電一(yi)回路管道系(xi)統(tong)(tong)普遍使用(yong)。核(he)電一(yi)回路系(xi)統(tong)(tong)是由(you)主(zhu)管道(反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆冷卻劑系(xi)統(tong)(tong))及多個高能輔助系(xi)統(tong)(tong)(如壓力安全系(xi)統(tong)(tong)、余熱排出系(xi)統(tong)(tong)、安全注(zhu)射(she)系(xi)統(tong)(tong))組成(cheng)。一(yi)回路系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)管道在反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆運行期(qi)間的(de)(de)工作(zuo)(zuo)條件十分苛刻,除了承受各種載荷組合和(he)低(di)周、高頻疲(pi)勞所(suo)引(yin)起(qi)的(de)(de)機械損傷外,還將(jiang)承受反(fan)(fan)應(ying)(ying)堆冷卻劑介質的(de)(de)高溫、高壓、高流速及 海洋(yang)環境造成(cheng)的(de)(de)氯(lv)離子腐蝕(shi)的(de)(de)危害(hai)。作(zuo)(zuo)為重要的(de)(de)核(he)級管道部件,一(yi)回路系(xi)統(tong)(tong)管道材料(liao)均選(xuan)用(yong)具有優異的(de)(de)耐(nai)晶(jing)間腐蝕(shi)性能、良好的(de)(de)抗疲(pi)勞性能和(he)焊接性能的(de)(de)Cr-Ni-Mo奧氏(shi)體不銹鋼(gang)。
為(wei)進一步提(ti)高Cr-Ni-Mo奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)在還原(yuan)(yuan)性(xing)(xing)(xing)介(jie)(jie)質(zhi)中的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing),發展(zhan)了含(han)銅(tong)的(de)(de)(de)Cr-Ni-Mo奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang),如(ru)00Cr18Ni14Mo2Cu2、00Cr20Ni25Mo4.5Cu等(deng)。銅(tong)能(neng)(neng)顯著提(ti)高奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)對(dui)還原(yuan)(yuan)性(xing)(xing)(xing)介(jie)(jie)質(zhi)如(ru)硫酸、磷(lin)酸等(deng)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing),當用鉬(mu)和銅(tong)復(fu)合(he)合(he)金(jin)化時,效果更(geng)加突(tu)出(chu)。在高溫(wen)濃硫酸中,高硅不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)則更(geng)加優異(yi),如(ru)00Cr17Ni17Si6、00Cr18Ni20Si6MoCu 和00Cr11Ni22Si6Mo2Cu。00Cr11Ni22Si6Mo2Cu為(wei)我國于(yu)20世紀90年代自主研發的(de)(de)(de)專(zhuan)利牌號SS920。此(ci)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)最(zui)大特點(dian)是在高溫(wen)濃硫酸中具有(you)優異(yi)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing),在130℃、96%硫酸中,鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)速率小于(yu)0.05毫米/年。此(ci)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)冷、熱成 型性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)良(liang)好,可(ke)生產(chan)板、管、絲、帶、鍛件(jian)、鑄件(jian)等(deng)冶(ye)金(jin)產(chan)品(pin)。
022Cr17Ni12Mo2不銹鋼是在06Cr17Ni12Mo2不銹鋼的基礎上降低碳含量得到的一種耐腐蝕性能良好的Cr-Ni-Mo型超低碳不銹鋼。其耐腐蝕性、耐晶間腐蝕性能和高溫力學性能良好,是目前奧氏體不銹鋼應用最為廣泛的鋼種之一。022Cr19Ni13Mo3不銹鋼也是應用較為廣泛的一種Cr-Ni-Mo不銹鋼,具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械特性,適合用于食品的加工、儲存和運輸等。
表2-1-3給(gei)出了(le)Cr-Ni-Mo(Mo≤4%)奧氏體不(bu)銹鋼的化學成分。
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