按合金化方式,奧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(bu)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(zhu)鉻(ge)、鎳含量的變(bian)化和其他合(he)金元素(su)的加入,以及受熱處(chu)理或(huo)冷變(bian)形的影響,在奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的奧氏(shi)體(ti)基體(ti)上還會(hui)產(chan)生其他相(xiang),如鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)、馬(ma)氏(shi)體(ti)、碳化物、氮化物、金屬間(jian)(jian)相(xiang)等。鉻(ge)當量和鎳當量決(jue)定不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的組織,當鉻(ge)當量偏高(gao)時,就會(hui)使奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中含有一定量的鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)。這些少(shao)量的鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)可以明(ming)顯提高(gao)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐晶間(jian)(jian)腐(fu)蝕和應力腐(fu)蝕破裂性(xing)能。
鐵素(su)體的(de)出現也對奧氏體不(bu)銹鋼(gang)性(xing)能帶來不(bu)利(li)的(de)影(ying)響,如(ru)熱加工產(chan)生(sheng)(sheng)裂紋的(de)傾向性(xing)增(zeng)大(da)、耐(nai)孔(kong)蝕(shi)性(xing)下(xia)降、耐(nai)尿素(su)生(sheng)(sheng)產(chan)等(deng)腐蝕(shi)環境中的(de)腐蝕(shi)性(xing)能下(xia)降、容(rong)易形成(cheng)脆性(xing)相等(deng)。
大部(bu)分常(chang)用鉻(ge)鎳(nie)奧氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼(gang),自(zi)高溫(wen)驟冷(leng)到(dao)室(shi)溫(wen)所獲(huo)得的(de)奧氏(shi)(shi)體基體組織是(shi)亞穩定的(de),當繼(ji)續(xu)冷(leng)卻到(dao)室(shi)溫(wen)以下的(de)更低(di)溫(wen)度,或(huo)在經受(shou)冷(leng)變(bian)形(xing)(xing)時,就有(you)一定量的(de)奧氏(shi)(shi)體轉變(bian)為馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體。奧氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的(de)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體有(you)兩種形(xing)(xing)態:一種是(shi)具有(you)體心立方(fang)結(jie)構的(de)a'馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體,呈鐵(tie)磁性;另一種叫ε相,具有(you)密(mi)集立方(fang)結(jie)構,為非鐵(tie)磁性。對于常(chang)用的(de)鉻(ge)鎳(nie)奧氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼(gang),如果只是(shi)由于冷(leng)卻,即使冷(leng)到(dao)-196℃,也不(bu)會產(chan)生馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體。但快(kuai)冷(leng)到(dao)室(shi)溫(wen)特別(bie)是(shi)到(dao)低(di)溫(wen)后再施以變(bian)形(xing)(xing)、則可能要產(chan)生馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體。
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)是奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)主要的(de)(de)合金元素,它是鋼(gang)中的(de)(de)鐵(tie)素體(ti)形(xing)成元素。鉻(ge)對奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)性(xing)(xing)能(neng)影響最(zui)大的(de)(de)是耐蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)。奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)隨著鉻(ge)量增加(jia),耐硝酸(suan)等氧化(hua)性(xing)(xing)酸(suan)腐(fu)蝕(shi)和高(gao)溫抗氧化(hua)、硫化(hua)性(xing)(xing)能(neng)提(ti)高(gao);在鎳以及鉬和銅的(de)(de)復合作(zuo)用下(xia),鉻(ge)的(de)(de)增加(jia)能(neng)提(ti)高(gao)鋼(gang)耐一些還原性(xing)(xing)介質、有機物(wu)、尿素和堿介質的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng);鉻(ge)提(ti)高(gao)了鋼(gang)的(de)(de)耐局部腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng),如耐晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)、孔(kong)蝕(shi)、縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)以及某些條件(jian)下(xia)的(de)(de)應力(li)腐(fu)蝕(shi)破裂性(xing)(xing)能(neng)。
鎳是奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)主要(yao)的奧(ao)氏(shi)體(ti)形成元素,通過增(zeng)加(jia)鎳可以獲得完全(quan)奧(ao)氏(shi)體(ti)組(zu)織(zhi),使鋼(gang)具有良好的塑韌(ren)性(xing)(xing)和低溫韌(ren)性(xing)(xing),并且具有優良的冷熱(re)加(jia)工工藝性(xing)(xing)能(neng)和焊接(jie)性(xing)(xing)能(neng);鎳提高了奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)表面膜的穩定性(xing)(xing),增(zeng)加(jia)了抗(kang)高溫氧化性(xing)(xing)能(neng);隨鎳量提高,耐氯化物應力腐蝕破裂性(xing)(xing)能(neng)和耐還原(yuan)性(xing)(xing)酸的性(xing)(xing)能(neng)增(zeng)加(jia)。
氮(dan)(dan)是(shi)非常強烈的奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)形(xing)成元(yuan)(yuan)(yuan)素。氮(dan)(dan)正日益成為(wei)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的重要合金元(yuan)(yuan)(yuan)素,氮(dan)(dan)的作(zuo)用(yong)除代替部分昂貴的鎳外,主要是(shi)作(zuo)為(wei)固溶強化(hua)元(yuan)(yuan)(yuan)素提(ti)高(gao)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的強度,而并不顯著降低鋼(gang)(gang)(gang)的塑韌性;氮(dan)(dan)提(ti)高(gao)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的耐晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕、孔蝕、縫隙腐(fu)蝕性能。近(jin)年來,用(yong)氮(dan)(dan)合金化(hua)的奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的研究(jiu)開發(fa)取(qu)得了較大的進展(zhan),目前應用(yong)的含氮(dan)(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)可分為(wei)控(kong)氮(dan)(dan)型(xing)(xing)(N=0.05%~0.10%)、中(zhong)氮(dan)(dan)型(xing)(xing)(N=0.10%~0.40%)和高(gao)氮(dan)(dan)型(xing)(xing)(N大于0.4%)三種(zhong)。
鉬是鋼中的(de)(de)(de)鐵素體(ti)形成元素,隨鉬量的(de)(de)(de)加人和(he)提(ti)高(gao)(gao),附還(huan)原性酸(suan)(suan)和(he)耐(nai)孔蝕(shi)(shi)、縫隙腐蝕(shi)(shi)性能增(zeng)加,鉬還(huan)能提(ti)高(gao)(gao)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫強度。鋼中含銅(tong)能顯著(zhu)提(ti)高(gao)(gao)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼耐(nai)還(huan)原性介質的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)性能,如(ru)耐(nai)硫酸(suan)(suan)、磷酸(suan)(suan)腐蝕(shi)(shi)性能,特別是鉬、銅(tong)復合合金化(hua)(hua)時,效果更獎出。硅能增(zeng)加鋼的(de)(de)(de)抗高(gao)(gao)溫氧化(hua)(hua)性能;一定的(de)(de)(de)含硅量,對(dui)提(ti)高(gao)(gao)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼耐(nai)氯化(hua)(hua)物應力(li)腐蝕(shi)(shi)、耐(nai)濃(nong)硝酸(suan)(suan)和(he)濃(nong)硫酸(suan)(suan)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi),如(ru)含硅量在4%時,可耐(nai)發煙硝酸(suan)(suan)腐蝕(shi)(shi);硅對(dui)硝酸(suan)(suan)級、尿素級不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼是非常有害(hai)的(de)(de)(de),必須(xu)嚴格控制。

