鐵素體不(bu)銹鋼(gang)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)(xing)轉變溫度和缺口敏(min)感性(xing)(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。
造成缺口敏感性大和脆性轉變溫(wen)度(du)高(gao)的(de)主要(yao)原因是(shi),鋼中間隙元素,尤其是(shi)碳、氮和氧等含(han)量(liang)較高(gao),并與其化合物(wu)沉淀相(xiang)(xiang)關。這些夾雜物(wu)和析出相(xiang)(xiang)往(wang)往(wang)處于應(ying)力集中處和裂紋起(qi)源(yuan)處。
2. 475℃脆(cui)性
通常鐵素體不銹鋼加熱至高(gao)溫,基本(ben)上不出現奧(ao)氏體相變(bian),因(yin)此(ci)很難經(jing)淬火轉變(bian)成(cheng)馬(ma)氏體而產生明(ming)(ming)顯(xian)(xian)強化(hua)。但經(jing)處理(li)后(hou),能(neng)夠(gou)明(ming)(ming)顯(xian)(xian)提(ti)高(gao)強度和(he)硬度,而塑性(xing)和(he)沖擊韌度卻明(ming)(ming)顯(xian)(xian)降低。
鉻含(han)量超過12%的(de)(de)(de)鐵素(su)(su)體不銹鋼(gang),加熱至340~540℃時,經一定時間后,鋼(gang)的(de)(de)(de)硬度(du)(du)增加,沖擊韌度(du)(du)顯著(zhu)降低(di),尤其(qi)是(shi)(shi)在475℃時最為(wei)(wei)嚴重,因(yin)此稱為(wei)(wei)475℃脆(cui)性(xing)。產生475℃脆(cui)性(xing)的(de)(de)(de)基(ji)本原因(yin)是(shi)(shi)由于一種富鉻(uw(Cr)=61%~83%))的(de)(de)(de)α'相的(de)(de)(de)沉淀析出所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素(su)(su)促進475℃脆(cui)性(xing)。α'相的(de)(de)(de)析出不僅帶來(lai)脆(cui)性(xing),而(er)且顯著(zhu)降低(di)鐵素(su)(su)體不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)。
3. σ相脆化
根據(ju)Fe-Cr相(xiang)(xiang)(xiang)圖,當鉻含(han)量(liang)在(zai)15%~70%(質量(liang)分數)范圍內,在(zai)500~800℃時(shi)存在(zai)σ相(xiang)(xiang)(xiang)。它(ta)是一(yi)種金屬間(jian)化合物,當w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無磁性,具有(you)(you)四方晶格結構,屬高(gao)硬度(du)脆性相(xiang)(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)(xiang)首(shou)先產(chan)生(sheng)于晶粒邊(bian)界,呈鏈網(wang)或島狀,使鋼的(de)(de)硬度(du)提高(gao),卻顯(xian)著降低鋼的(de)(de)塑性、缺口(kou)韌性及(ji)耐蝕性。Mo、Si、Ni、Mn等促(cu)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(liang)將顯(xian)著加速(su)σ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)形(xing)成(cheng)。當)=25%~30%的(de)(de)鋼在(zai)熱處理時(shi),冷(leng)卻速(su)度(du)慢就會(hui)有(you)(you)σ相(xiang)(xiang)(xiang)析(xi)出(chu)。焊(han)接(jie)時(shi)長時(shi)間(jian)w(Cr)=25%-保溫能(neng)形(xing)成(cheng)σ相(xiang)(xiang)(xiang),冷(leng)加工也會(hui)增大σ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)析(xi)出(chu)速(su)度(du)。
σ相可以通過加熱至800℃以上(shang)溫度(du),保溫一(yi)定時(shi)間(jian)使其溶解(jie)后快速冷至室溫,而得(de)以消除(chu)。
4. 高溫脆性
普(pu)通(tong)高(gao)鉻鐵素體不銹鋼(gang)(間隙元素如(ru)碳(tan)、氮的含(han)量(liang)(liang)在中等以上時)加(jia)(jia)熱至950~1000℃以上,急冷至室溫(wen),其塑(su)性(xing)和(he)缺口韌性(xing)顯著降低(di),稱為(wei)高(gao)溫(wen)脆性(xing)。鉻含(han)量(liang)(liang)越高(gao),脆性(xing)越大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼(gang),經過(guo)1000℃的加(jia)(jia)熱并保(bao)溫(wen)10h,冷卻后在常溫(wen)下的彎曲角度(du)為(wei)零。
這種脆性(xing)消(xiao)除的辦法(fa)是,重新加熱750~850℃,即(ji)可以恢復其塑性(xing)。
高溫脆(cui)性(xing)十(shi)分有害(hai)。在焊接、在進(jin)行950℃以上熱處理或鑄造工藝(yi)過程中,均會出現(xian)高溫脆(cui)性(xing),同時耐蝕性(xing)也顯(xian)著降低。
產生高(gao)(gao)溫脆性(xing)的基(ji)本原因是與碳(tan)、氮等間隙(xi)元素的化(hua)合(he)物在晶界(jie)和晶內位錯上的析(xi)出有關。降低(di)鋼中的碳(tan)、氮含量(liang),減少甚至避免碳(tan)、滲氮合(he)物的沉淀(dian)析(xi)出,可以大大改善高(gao)(gao)溫脆性(xing)。
5. 晶間腐蝕敏感(gan)性
普通高(gao)(gao)鉻(ge)鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼在(zai)加熱過程中存在(zai)著(zhu)475℃脆(cui)性(xing)(xing)、σ相(xiang)脆(cui)性(xing)(xing)和高(gao)(gao)溫脆(cui)性(xing)(xing)三(san)個脆(cui)化溫度。由于富鉻(ge)的(de)α'相(xiang)、σ相(xiang)或碳滲氮合物的(de)析出等原因,不(bu)僅引起脆(cui)化,而(er)且(qie)帶來(lai)晶間腐蝕敏(min)(min)感性(xing)(xing),使(shi)其耐蝕性(xing)(xing)顯著(zhu)降(jiang)低,尤其是(shi)當溫度超過900~950℃而(er)后快(kuai)速冷卻時,具有十分敏(min)(min)感的(de)晶間腐蝕傾向。即使(shi)鋼中碳、氮含量較低,如在(zai)自來(lai)水這樣弱的(de)腐蝕條件下(xia),經高(gao)(gao)溫空冷或在(zai)焊縫(feng)區也會發生晶間腐蝕。
退火溫度過高,空(kong)冷(leng)時產生敏化,隨后(hou)酸洗時,就(jiu)會(hui)出現晶間(jian)腐蝕。
消除晶間(jian)腐(fu)蝕敏感性的辦法是,把(ba)敏化了(le)的鐵素體不(bu)銹鋼用短(duan)時間(jian)重新加熱至(zhi)700~850℃,并快速冷卻(que)即可消除。
焊接或(huo)高溫(wen)淬火,因(yin)經過其脆化溫(wen)度區的時(shi)間短暫,故一般來不及出現脆化。
鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼的(de)用途之所以有(you)限,與上述(shu)因(yin)素有(you)關。
鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)鋼主要用于(yu)化學工業,也可以作為耐高(gao)溫材料(liao)。