鐵素體不銹鋼(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. 脆性轉變溫度和缺口(kou)敏感性


    鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體(ti)不(bu)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(que)口(kou)敏感(gan)性大和脆性轉變溫度高的主(zhu)要(yao)原因是(shi),鋼中間隙(xi)元素,尤其是(shi)碳、氮和氧(yang)等(deng)含(han)量較(jiao)高,并(bing)與其化合物沉淀(dian)相關。這些(xie)夾雜物和析(xi)出相往(wang)往(wang)處于應(ying)力(li)集中處和裂紋起源處。



2. 475℃脆性


   通常鐵素體(ti)不(bu)(bu)銹鋼加熱(re)至高(gao)溫,基本(ben)上不(bu)(bu)出現奧氏體(ti)相變(bian),因此(ci)很難經(jing)淬火(huo)轉變(bian)成馬(ma)氏體(ti)而產(chan)生明(ming)顯強化。但經(jing)處(chu)理(li)后(hou),能(neng)夠明(ming)顯提高(gao)強度(du)(du)和硬度(du)(du),而塑性和沖擊(ji)韌度(du)(du)卻明(ming)顯降低。


   鉻含量超過12%的(de)鐵(tie)素(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang),加(jia)(jia)熱至340~540℃時(shi),經一定時(shi)間后,鋼(gang)的(de)硬(ying)度(du)增(zeng)加(jia)(jia),沖擊韌度(du)顯著(zhu)降低,尤其是在475℃時(shi)最為(wei)嚴(yan)重,因此稱(cheng)為(wei)475℃脆(cui)(cui)(cui)(cui)性(xing)。產生475℃脆(cui)(cui)(cui)(cui)性(xing)的(de)基本原因是由于一種富鉻(uw(Cr)=61%~83%))的(de)α'相的(de)沉淀(dian)析出所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元(yuan)素(su)促進(jin)475℃脆(cui)(cui)(cui)(cui)性(xing)。α'相的(de)析出不僅(jin)帶來脆(cui)(cui)(cui)(cui)性(xing),而且顯著(zhu)降低鐵(tie)素(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)耐蝕(shi)性(xing)。



3. σ相脆化


   根據Fe-Cr相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖,當(dang)鉻含量在(zai)(zai)(zai)15%~70%(質量分(fen)數(shu))范圍內,在(zai)(zai)(zai)500~800℃時存在(zai)(zai)(zai)σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。它(ta)是一種金屬間(jian)(jian)化合物,當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時,無(wu)磁性(xing),具有(you)四方(fang)晶(jing)格結構(gou),屬高(gao)硬(ying)度(du)(du)脆性(xing)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)首(shou)先(xian)產生(sheng)于晶(jing)粒邊界,呈鏈(lian)網或島狀(zhuang),使鋼的(de)硬(ying)度(du)(du)提高(gao),卻(que)顯著(zhu)(zhu)降低鋼的(de)塑性(xing)、缺口韌性(xing)及耐蝕性(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促(cu)進σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)生(sheng)成,C、N抑制其生(sheng)成。提高(gao)鉻含量將顯著(zhu)(zhu)加速(su)σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)形成。當(dang))=25%~30%的(de)鋼在(zai)(zai)(zai)熱處理時,冷(leng)卻(que)速(su)度(du)(du)慢就會有(you)σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)析(xi)出。焊接時長時間(jian)(jian)w(Cr)=25%-保(bao)溫能形成σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang),冷(leng)加工也會增大σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)析(xi)出速(su)度(du)(du)。


   σ相(xiang)可以通過加熱至800℃以上溫度,保溫一定(ding)時間使(shi)其溶(rong)解后快速冷至室溫,而得以消除(chu)。



4. 高溫脆(cui)性(xing)


   普(pu)通(tong)高鉻鐵素(su)體不銹(xiu)鋼(gang)(間隙(xi)元素(su)如碳、氮的含量在中等以(yi)(yi)上時(shi))加熱至(zhi)950~1000℃以(yi)(yi)上,急冷(leng)至(zhi)室溫(wen),其塑性(xing)和(he)缺口(kou)韌性(xing)顯著(zhu)降低,稱為(wei)高溫(wen)脆性(xing)。鉻含量越高,脆性(xing)越大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼(gang),經過1000℃的加熱并(bing)保溫(wen)10h,冷(leng)卻后在常溫(wen)下的彎曲(qu)角度為(wei)零。


   這種脆(cui)性(xing)消除(chu)的辦法是,重新加熱750~850℃,即可以恢復其塑性(xing)。


   高(gao)溫(wen)脆性(xing)(xing)十分有害。在(zai)焊接、在(zai)進(jin)行950℃以上熱處理(li)或(huo)鑄(zhu)造工(gong)藝過程(cheng)中,均會出現高(gao)溫(wen)脆性(xing)(xing),同(tong)時耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)也顯著降低。


   產(chan)生高溫脆性的(de)基本原因是(shi)與碳、氮等間隙元(yuan)素的(de)化合(he)物在晶界和晶內位(wei)錯上的(de)析出有關。降(jiang)低鋼中的(de)碳、氮含量(liang),減少甚至避免碳、滲(shen)氮合(he)物的(de)沉淀(dian)析出,可(ke)以大大改善高溫脆性。



5. 晶間腐蝕(shi)敏感性


   普(pu)通高鉻(ge)鐵素體不(bu)銹鋼在(zai)加熱過程中(zhong)存在(zai)著475℃脆(cui)性(xing)、σ相脆(cui)性(xing)和高溫脆(cui)性(xing)三個脆(cui)化溫度。由(you)于富鉻(ge)的α'相、σ相或碳滲氮(dan)合物的析出等原因,不(bu)僅引起脆(cui)化,而且帶來晶(jing)間腐(fu)蝕敏感性(xing),使其耐蝕性(xing)顯著降(jiang)低,尤其是當溫度超過900~950℃而后快速冷卻時,具有十分敏感的晶(jing)間腐(fu)蝕傾向。即使鋼中(zhong)碳、氮(dan)含(han)量較低,如在(zai)自(zi)來水(shui)這樣弱的腐(fu)蝕條(tiao)件下,經(jing)高溫空冷或在(zai)焊(han)縫區也會發(fa)生晶(jing)間腐(fu)蝕。


   退火(huo)溫(wen)度(du)過高(gao),空(kong)冷時(shi)產(chan)生敏化,隨后酸洗(xi)時(shi),就會出現晶間腐蝕。


   消(xiao)除(chu)晶間腐(fu)蝕敏感性的辦(ban)法(fa)是,把敏化了的鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼用(yong)短時間重新加熱至700~850℃,并快速冷(leng)卻即可消(xiao)除(chu)。


   焊(han)接(jie)或高溫淬(cui)火,因經過其脆(cui)化(hua)溫度區的時間(jian)短暫,故一般來不及出現脆(cui)化(hua)。


   鐵素(su)體不(bu)銹鋼(gang)的用途之所以(yi)有限(xian),與上述因素(su)有關。


   鐵素(su)體不(bu)銹鋼(gang)主(zhu)要用于化學工業(ye),也可以作為耐高溫材料。





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