奧氏體不銹鋼最基本的合金元素是鉻和鎳,代表性的牌號是含鉻為18%左右、含鎳為8%左右的鉻-鎳奧氏體不銹鋼,常稱為18-8不銹鋼。鉻和鎳的元素配比基本上保證了鋼的組織是穩定的奧氏體。
奧氏體不(bu)銹鋼的發展很快,為了適應不(bu)同(tong)條件(jian)的需(xu)要(yao),在18-8鋼的基礎上,改變碳的含量或添加其他合(he)金(jin)元(yuan)素,賦予了這(zhe)類不(bu)銹鋼更優良的性能。
1. 降低(di)碳的(de)含(han)量或加(jia)(jia)入(ru)(ru)鈦(tai)(tai)、鈮元(yuan)素,可提高(gao)耐(nai)晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)性能,鈦(tai)(tai)或鈮的(de)加(jia)(jia)入(ru)(ru)量有一(yi)定的(de)要求,見本(ben)書第(di)一(yi)章第(di)二節的(de)內容。鈦(tai)(tai)加(jia)(jia)入(ru)(ru)量及Ti/C比與晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)的(de)關系見圖3-1。
2. 加入鉬、元素可提高(gao)在硫酸(suan)中的耐腐蝕(shi)性。鉬及銅對18-8 鋼在硫酸(suan)中耐腐蝕(shi)性的影響分(fen)別見圖3-2和(he)圖3-3。
18-8鋼(gang)加入(ru)1.5%~4%的(de)鉬,還可提高在各種有機酸、硫酸鹽、漂(piao)白粉等介質中的(de)耐腐(fu)(fu)蝕性能(neng),但加鉬的(de)不(bu)銹鋼(gang)不(bu)適合在硝酸中使用(yong)。在奧氏體不(bu)銹鋼(gang)中加入(ru)鉬量過(guo)高時(shi),可能(neng)會因出現較多(duo)量的(de)δ-鐵素體和σ相而引起脆性及晶間腐(fu)(fu)蝕性降(jiang)低(di),特別是經(jing)過(guo)敏化處(chu)理(li)時(shi),高鉬的(de)不(bu)利作(zuo)用(yong)更突出,見圖3-2中的(de)線2。
銅加入鉻-鎳(nie)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)中(zhong),會提(ti)高在(zai)硫(liu)酸(suan)中(zhong)的耐腐蝕性,但加入某(mou)些鉻-錳-氮不銹鋼(gang)中(zhong)時(shi)(shi),可能會使產生(sheng)晶(jing)(jing)間腐蝕的敏化溫度范圍擴大,出現晶(jing)(jing)間腐蝕的敏化時(shi)(shi)間縮短,而(er)產生(sheng)不利(li)影(ying)響,在(zai)熱處理或使用時(shi)(shi)應予以(yi)注意。
3. 加入硅并提高鉻、鎳等元素的含量,可高不銹鋼在濃硝(xiao)酸(suan)中的耐腐(fu)蝕性。
4. 奧氏體不銹鋼中加入鉬或氮元素,可以提高在含有氯離子介質中的抗點腐蝕性能,以304不銹鋼和316LN不銹(xiu)鋼兩種奧氏體不銹鋼比較,前者抗點蝕指數只為18,而后者的抗點蝕指數可達27。316L不銹鋼抗點蝕能力遠高于304不銹鋼。
5. 錳和氮可以(yi)取代鉻-鎳奧氏體不銹鋼中的鎳,以(yi)節約稀有(you)貴(gui)重金屬(shu)鎳。
6. 奧(ao)氏體不(bu)銹鋼大(da)幅度降低碳的含(han)量(liang),嚴格(ge)限制鉭(tan)(Ta)、鈷的含(han)量(liang),可改變原子核性質(zhi),而應(ying)用于原子能工業。加(jia)入某(mou)些合金元素時,考慮(lv)元素對(dui)組織的穩定作用,在鉻、鎳(nie)的含(han)量(liang)上允許做適(shi)當的調整。
對于鉻-鎳(nie)奧氏體不銹鋼,在含(han)有其他(ta)合金元素時,為保證鋼的組織(zhi)是完(wan)全奧氏體組織(zhi),鎳(nie)的含(han)量(liang)應不小于下列經驗公式所(suo)給出的數值:Ni≥1.1(Cr+Mo+1.5Si+1.5Nb)-0.5Mn-30C-8.2。
式中(zhong)(zhong)各元素(su)(su)符號分別表示該(gai)元素(su)(su)在鋼中(zhong)(zhong)的(de)(de)質量(liang)(liang)百分數(shu)含量(liang)(liang)。當鋼中(zhong)(zhong)鎳(nie)的(de)(de)含量(liang)(liang)低于按(an)此公式的(de)(de)計(ji)算值(zhi)時(shi),則(ze)鋼的(de)(de)組織(zhi)不完(wan)全是奧氏(shi)體,可能還有一定量(liang)(liang)的(de)(de)δ-鐵素(su)(su)體。此公式適用于自高溫快速冷(leng)卻鋼的(de)(de)組織(zhi)。
對于(yu)以錳、氮(dan)代鎳(nie)的(de)Cr-Mn-Ni-N奧(ao)氏體不銹鋼,當錳含量在(zai)5%~14%范圍時(shi),為保證(zheng)在(zai)1150℃時(shi)能具有完全奧(ao)氏體組織,所(suo)需要的(de)碳加氮(dan)的(de)最小含量應(ying)滿足下列公式:
C+N≥0.078[Cr+0.63W +1.4Mo+2.5V+2.8Nb+1.74(Si-0.5)-12.5]-0.05Ni
式中(zhong)各元素(su)符號分別表示該元素(su)在鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)質量(liang)百分數含量(liang)。在18-8鋼(gang)(gang)基礎上,奧氏體不銹鋼(gang)(gang)的(de)發展(zhan)變化(hua)過程(cheng)見圖3-4。
圖(tu)3-4除顯(xian)示了奧氏體不(bu)銹鋼外,還顯(xian)示了在奧氏體不(bu)銹鋼基礎(chu)上,通過調整鉻(ge)、鎳含量或加(jia)入其(qi)他合(he)金元素后演變而來的部分耐腐蝕合(he)金和沉淀硬化不(bu)銹鋼。
我國標準中,奧氏體不銹(xiu)鋼棒(bang)材(cai)、鍛材(cai)和鑄(zhu)材(cai)的部分(fen)牌號及化學成分(fen)見表3-1。