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、鎳含量的(de)(de)(de)變(bian)化和其(qi)他合金(jin)(jin)元素的(de)(de)(de)加入(ru),以(yi)及受熱處理或冷變(bian)形的(de)(de)(de)影響,在奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)基體(ti)(ti)上還會(hui)產生其(qi)他相,如鐵素體(ti)(ti)、馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)、碳化物、氮化物、金(jin)(jin)屬間相等。鉻當(dang)量和鎳當(dang)量決定不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)組織,當(dang)鉻當(dang)量偏(pian)高時,就會(hui)使奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼中含有一定量的(de)(de)(de)鐵素體(ti)(ti)。這些少(shao)量的(de)(de)(de)鐵素體(ti)(ti)可以(yi)明顯提(ti)高奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼耐晶間腐蝕和應力腐蝕破裂性能。
鐵素(su)體的(de)出現也對奧(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)性(xing)能帶來不利的(de)影響,如熱(re)加(jia)工產生(sheng)裂紋的(de)傾向性(xing)增大、耐孔蝕(shi)性(xing)下降、耐尿素(su)生(sheng)產等腐蝕(shi)環(huan)境(jing)中的(de)腐蝕(shi)性(xing)能下降、容易(yi)形成脆性(xing)相(xiang)等。
大部分常(chang)用鉻鎳奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang),自高溫驟冷(leng)到(dao)室(shi)溫所獲得的(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)基體(ti)(ti)(ti)組織是亞(ya)穩定(ding)的(de)(de),當繼(ji)續冷(leng)卻到(dao)室(shi)溫以下的(de)(de)更低溫度,或在經受冷(leng)變(bian)(bian)形時,就有(you)一(yi)定(ding)量的(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)為馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)。奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)中的(de)(de)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)有(you)兩(liang)種形態(tai):一(yi)種是具(ju)有(you)體(ti)(ti)(ti)心立方結構的(de)(de)a'馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti),呈鐵(tie)磁(ci)性;另一(yi)種叫ε相,具(ju)有(you)密集(ji)立方結構,為非鐵(tie)磁(ci)性。對(dui)于常(chang)用的(de)(de)鉻鎳奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang),如(ru)果只是由于冷(leng)卻,即使冷(leng)到(dao)-196℃,也(ye)不會產生馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)。但(dan)快冷(leng)到(dao)室(shi)溫特別(bie)是到(dao)低溫后再施以變(bian)(bian)形、則(ze)可能要產生馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(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。
鉻是奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼主要的(de)(de)(de)(de)(de)合金元素,它是鋼中的(de)(de)(de)(de)(de)鐵素體形成元素。鉻對奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼性(xing)能(neng)影響(xiang)最大的(de)(de)(de)(de)(de)是耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)。奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼隨著鉻量(liang)增(zeng)加,耐(nai)硝酸等氧(yang)化(hua)性(xing)酸腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和高(gao)溫抗氧(yang)化(hua)、硫化(hua)性(xing)能(neng)提高(gao);在鎳以(yi)(yi)及(ji)鉬和銅(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)復合作用下,鉻的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加能(neng)提高(gao)鋼耐(nai)一些(xie)還原性(xing)介質(zhi)、有機物(wu)、尿素和堿介質(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng);鉻提高(gao)了鋼的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)局部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng),如耐(nai)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、孔蝕(shi)(shi)(shi)、縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)以(yi)(yi)及(ji)某些(xie)條件下的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破裂性(xing)能(neng)。
鎳(nie)是奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼主要(yao)的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體形成元素(su),通過增加(jia)鎳(nie)可以獲(huo)得完全奧(ao)氏(shi)體組織(zhi),使鋼具有(you)良好的(de)(de)塑韌(ren)性(xing)(xing)(xing)和低溫韌(ren)性(xing)(xing)(xing),并且(qie)具有(you)優良的(de)(de)冷(leng)熱加(jia)工(gong)工(gong)藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)和焊(han)接性(xing)(xing)(xing)能(neng);鎳(nie)提(ti)高(gao)了奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼表面膜(mo)的(de)(de)穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)(xing),增加(jia)了抗高(gao)溫氧化性(xing)(xing)(xing)能(neng);隨鎳(nie)量提(ti)高(gao),耐氯化物應力(li)腐蝕破裂性(xing)(xing)(xing)能(neng)和耐還(huan)原性(xing)(xing)(xing)酸的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)增加(jia)。
氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)是(shi)非常強烈的(de)奧(ao)氏體(ti)形成元素。氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)正日益成為(wei)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)中的(de)重要合金元素,氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)作用(yong)除代替部分昂貴的(de)鎳外,主要是(shi)作為(wei)固溶(rong)強化元素提高(gao)(gao)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)強度,而(er)并不(bu)(bu)(bu)顯著降低鋼(gang)(gang)的(de)塑韌性(xing)(xing);氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)提高(gao)(gao)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)耐晶(jing)間腐蝕(shi)(shi)、孔蝕(shi)(shi)、縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能。近(jin)年來,用(yong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)合金化的(de)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)研究開(kai)發取得了較大(da)的(de)進展,目(mu)前應用(yong)的(de)含氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)可分為(wei)控氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)型(xing)(N=0.05%~0.10%)、中氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)型(xing)(N=0.10%~0.40%)和高(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)型(xing)(N大(da)于0.4%)三種。
鉬(mu)是(shi)鋼(gang)中的(de)(de)鐵素(su)(su)體(ti)形成元素(su)(su),隨鉬(mu)量(liang)的(de)(de)加人(ren)和提高(gao)(gao),附(fu)還原(yuan)(yuan)性酸和耐孔蝕、縫隙腐(fu)(fu)蝕性能(neng)增加,鉬(mu)還能(neng)提高(gao)(gao)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)高(gao)(gao)溫強(qiang)度。鋼(gang)中含銅能(neng)顯著提高(gao)(gao)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)耐還原(yuan)(yuan)性介質的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕性能(neng),如耐硫(liu)酸、磷酸腐(fu)(fu)蝕性能(neng),特別(bie)是(shi)鉬(mu)、銅復合合金(jin)化(hua)時(shi),效果更獎出。硅(gui)能(neng)增加鋼(gang)的(de)(de)抗高(gao)(gao)溫氧化(hua)性能(neng);一定的(de)(de)含硅(gui)量(liang),對(dui)提高(gao)(gao)奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)耐氯化(hua)物應力腐(fu)(fu)蝕、耐濃硝酸和濃硫(liu)酸的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕,如含硅(gui)量(liang)在4%時(shi),可耐發煙硝酸腐(fu)(fu)蝕;硅(gui)對(dui)硝酸級(ji)、尿素(su)(su)級(ji)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)是(shi)非(fei)常有害的(de)(de),必(bi)須(xu)嚴格控制。