按合金化方式,奧(ao)氏體不銹鋼可分為鉻鎳奧氏體不銹鋼和鉻錳奧氏體不銹鋼,前者是奧氏體不銹鋼主體。鉻鎳奧氏體不銹鋼具有良好的綜合力學性能、優良的冷熱加工工藝性能和焊接性能,特別是在多種腐蝕介質中具有優良的耐蝕性能。另外,這種不銹鋼還具有非鐵磁性和良好的低溫性能。因此,奧氏體不銹鋼獲得了最廣泛的應用。它的強度、硬度偏低,是它的不足之處。鉻錳氨(鉻錳鎳氨)奧氏體不銹鋼,除了鉻、錳外還有氮及適當的鎳,由于氮的固溶強化,這類不銹鋼可以達到相當高的強度。
隨著鉻(ge)、鎳含量的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)和其他合金(jin)元素(su)(su)的(de)(de)加入,以及受熱處(chu)理(li)或冷(leng)變(bian)(bian)形的(de)(de)影響,在奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)基體(ti)上(shang)還會(hui)產生其他相,如鐵(tie)素(su)(su)體(ti)、馬氏(shi)體(ti)、碳化(hua)物(wu)、氮化(hua)物(wu)、金(jin)屬間(jian)相等。鉻(ge)當量和鎳當量決定不(bu)銹鋼的(de)(de)組(zu)織,當鉻(ge)當量偏(pian)高時,就會(hui)使奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)含有(you)一定量的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)。這(zhe)些少量的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)可以明顯提高奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼耐晶間(jian)腐蝕(shi)和應(ying)力腐蝕(shi)破(po)裂性能。
鐵素體的出(chu)現也對奧(ao)氏(shi)體不銹鋼性能帶來不利的影響,如熱(re)加工產(chan)(chan)生裂紋的傾向性增(zeng)大、耐孔蝕(shi)(shi)性下降、耐尿(niao)素生產(chan)(chan)等(deng)腐(fu)蝕(shi)(shi)環境中的腐(fu)蝕(shi)(shi)性能下降、容易形成脆(cui)性相等(deng)。
大(da)部分常用鉻鎳奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang),自高溫(wen)(wen)驟冷(leng)(leng)到室(shi)(shi)溫(wen)(wen)所獲得的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)基(ji)體(ti)(ti)組(zu)織是(shi)(shi)(shi)亞(ya)穩定的(de),當繼(ji)續冷(leng)(leng)卻到室(shi)(shi)溫(wen)(wen)以下的(de)更低(di)(di)溫(wen)(wen)度,或(huo)在經受冷(leng)(leng)變(bian)形(xing)時(shi),就(jiu)有一定量的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)為馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)。奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中的(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)有兩種形(xing)態:一種是(shi)(shi)(shi)具有體(ti)(ti)心(xin)立方結構(gou)的(de)a'馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti),呈鐵磁(ci)性;另(ling)一種叫ε相,具有密集立方結構(gou),為非鐵磁(ci)性。對于(yu)常用的(de)鉻鎳奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang),如果(guo)只(zhi)是(shi)(shi)(shi)由(you)于(yu)冷(leng)(leng)卻,即使(shi)冷(leng)(leng)到-196℃,也(ye)不會(hui)產(chan)生馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)。但(dan)快冷(leng)(leng)到室(shi)(shi)溫(wen)(wen)特別是(shi)(shi)(shi)到低(di)(di)溫(wen)(wen)后再施以變(bian)形(xing)、則可能要產(chan)生馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)。
碳在高溫奧氏體中的溶解度是比較大的,當奧氏體鋼迅速冷卻到常溫時,碳的溶解度大大減小,使得碳以過飽和的形式固溶下來,若加熱到一定的溫度,并保溫足夠的時間,就會有碳化物析出。奧氏體不銹鋼中最常見的碳化物是M23C6型,其次有MC和M6C型。在不含鈦、鈮等強碳化物形成元素的奧氏體不銹鋼中,最主要的碳化物是M23C6,M23C6中的M主要是鉻。M23C6具有復雜的面心立方結構,析出溫度范圍為400~950℃,最先析出的部位是鐵素體-奧氏體相界,往后依次是晶界、非共格李晶界及非金屬夾雜物邊界和共格李晶界、最后是晶內。降低含碳量,加入一些如鈦、鈮等強碳化物形成元素,優先在晶內形成顆粒狀的TiC、NbC,起穩定C作用,都會減少和減緩M23C6析出。另外氮的加入也會減緩M23C6的析出。金屬間相常見的σ相,將在以后專門介紹。
鉻(ge)是(shi)奧氏體不銹鋼(gang)主要(yao)的(de)(de)合金元(yuan)素,它是(shi)鋼(gang)中的(de)(de)鐵素體形(xing)成元(yuan)素。鉻(ge)對奧氏體不銹鋼(gang)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)影響最大的(de)(de)是(shi)耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。奧氏體不銹鋼(gang)隨著鉻(ge)量增加(jia),耐(nai)(nai)硝酸等氧(yang)(yang)化性(xing)(xing)(xing)酸腐(fu)蝕和高(gao)溫抗氧(yang)(yang)化、硫化性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)提高(gao);在鎳以及鉬和銅的(de)(de)復(fu)合作(zuo)用下(xia)(xia),鉻(ge)的(de)(de)增加(jia)能(neng)(neng)提高(gao)鋼(gang)耐(nai)(nai)一些還(huan)原(yuan)性(xing)(xing)(xing)介(jie)質(zhi)、有(you)機(ji)物、尿(niao)素和堿介(jie)質(zhi)的(de)(de)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng);鉻(ge)提高(gao)了鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)(nai)局(ju)部腐(fu)蝕的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng),如耐(nai)(nai)晶間腐(fu)蝕、孔蝕、縫隙腐(fu)蝕以及某些條件下(xia)(xia)的(de)(de)應力(li)腐(fu)蝕破裂性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。
鎳(nie)是奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼主要的(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)形成元素,通過增加鎳(nie)可以獲得完全(quan)奧氏(shi)(shi)體(ti)組織,使鋼具有(you)良好的(de)塑(su)韌(ren)性(xing)和(he)低(di)溫韌(ren)性(xing),并且具有(you)優良的(de)冷熱(re)加工工藝性(xing)能(neng)和(he)焊接性(xing)能(neng);鎳(nie)提(ti)高(gao)了(le)奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼表面膜(mo)的(de)穩定性(xing),增加了(le)抗高(gao)溫氧化性(xing)能(neng);隨鎳(nie)量提(ti)高(gao),耐(nai)氯化物應力腐蝕破裂(lie)性(xing)能(neng)和(he)耐(nai)還原性(xing)酸的(de)性(xing)能(neng)增加。
氮(dan)(dan)是非常強(qiang)(qiang)烈的(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)形成元(yuan)(yuan)素。氮(dan)(dan)正日(ri)益(yi)成為(wei)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中的(de)(de)重要合(he)金元(yuan)(yuan)素,氮(dan)(dan)的(de)(de)作(zuo)用除代替部分昂貴的(de)(de)鎳外,主要是作(zuo)為(wei)固溶強(qiang)(qiang)化(hua)元(yuan)(yuan)素提(ti)高奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)強(qiang)(qiang)度,而(er)并不顯著(zhu)降低鋼(gang)的(de)(de)塑韌性;氮(dan)(dan)提(ti)高奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)耐晶間腐蝕、孔(kong)蝕、縫隙腐蝕性能。近年來,用氮(dan)(dan)合(he)金化(hua)的(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)研(yan)究(jiu)開發取得了較大(da)的(de)(de)進展(zhan),目前應用的(de)(de)含氮(dan)(dan)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)可分為(wei)控氮(dan)(dan)型(N=0.05%~0.10%)、中氮(dan)(dan)型(N=0.10%~0.40%)和高氮(dan)(dan)型(N大(da)于0.4%)三種。
鉬(mu)是鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)鐵素(su)體(ti)形成(cheng)元(yuan)素(su),隨鉬(mu)量(liang)的(de)(de)加(jia)人和提高(gao),附還(huan)(huan)原(yuan)性酸(suan)(suan)和耐(nai)(nai)(nai)孔(kong)蝕(shi)、縫隙腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)增加(jia),鉬(mu)還(huan)(huan)能(neng)(neng)提高(gao)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)高(gao)溫(wen)強度。鋼(gang)(gang)中(zhong)含(han)銅能(neng)(neng)顯著提高(gao)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)耐(nai)(nai)(nai)還(huan)(huan)原(yuan)性介質的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng),如耐(nai)(nai)(nai)硫酸(suan)(suan)、磷酸(suan)(suan)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng),特別是鉬(mu)、銅復合合金(jin)化(hua)時,效果更獎出。硅能(neng)(neng)增加(jia)鋼(gang)(gang)的(de)(de)抗(kang)高(gao)溫(wen)氧化(hua)性能(neng)(neng);一定的(de)(de)含(han)硅量(liang),對(dui)提高(gao)奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)耐(nai)(nai)(nai)氯化(hua)物應力腐(fu)蝕(shi)、耐(nai)(nai)(nai)濃硝酸(suan)(suan)和濃硫酸(suan)(suan)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi),如含(han)硅量(liang)在4%時,可(ke)耐(nai)(nai)(nai)發煙硝酸(suan)(suan)腐(fu)蝕(shi);硅對(dui)硝酸(suan)(suan)級(ji)、尿(niao)素(su)級(ji)不銹鋼(gang)(gang)是非常有(you)害(hai)的(de)(de),必須嚴格控制(zhi)。

