鉬是除鉻、鎳之外不銹(xiu)鋼中另一個重要的元素。鉻鎳奧氏體不銹鋼一般僅用于要求不銹性和耐氧化性介質的條件下,鉬的加入,極大地改變了奧氏體不銹鋼的組織和服役性能,尤其是耐蝕性。
鉬是鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)(cheng)元素(su)(su),其能力和鉻相(xiang)(xiang)當,因此在含鉬奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong),為保持奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing),鎳含量較(jiao)鉻鎳奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)高。鉬的(de)(de)(de)加入,除了對(dui)(dui)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)和奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)平衡(heng)的(de)(de)(de)影(ying)響之(zhi)外,對(dui)(dui)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)帶(dai)來組織(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)上(shang)的(de)(de)(de)更(geng)大的(de)(de)(de)影(ying)響是顯(xian)著(zhu)促進奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)金屬(shu)(shu)間(jian)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng),比(bi)如(ru)σ相(xiang)(xiang)、x相(xiang)(xiang)、Laves相(xiang)(xiang)等,將極(ji)大地降低(di)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)組織(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)熱(re)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing),增加鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)脆化敏感性(xing)(xing)(xing),進而導致鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)塑韌性(xing)(xing)(xing)、耐蝕性(xing)(xing)(xing)、冷成(cheng)(cheng)型性(xing)(xing)(xing)和焊接性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)降低(di)。隨著(zhu)鉬含量的(de)(de)(de)增加,對(dui)(dui)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)組織(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)影(ying)響更(geng)加明(ming)顯(xian),尤其是在超(chao)級奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)。對(dui)(dui)于4%以(yi)上(shang)鉬含量的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang),為保證組織(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing)(xing),避免金屬(shu)(shu)間(jian)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)析(xi)出(chu),均要(yao)求在更(geng)高的(de)(de)(de)溫度(du)和更(geng)長(chang)的(de)(de)(de)保溫時間(jian)固溶處理以(yi)充分消融金屬(shu)(shu)間(jian)相(xiang)(xiang)。
鉬作為一個(ge)較大的(de)原子,通過固溶強(qiang)(qiang)化可提高(gao)(gao)包括高(gao)(gao)溫強(qiang)(qiang)度等不銹(xiu)鋼(gang)的(de)強(qiang)(qiang)度,并改(gai)善奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)的(de)高(gao)(gao)溫持久(jiu)和蠕變性能。但是(shi)鉬的(de)加(jia)入(ru)使鋼(gang)的(de)高(gao)(gao)溫變形抗力增加(jia),尤其(qi)是(shi)當(dang)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)中因鉬的(de)加(jia)入(ru)存在少量8鐵素體時(shi),其(qi)熱加(jia)工性、熱成型性明顯低于鉻鎳奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)。
與不(bu)含(han)(han)(han)鉬(mu)(mu)的(de)(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)相比,含(han)(han)(han)鉬(mu)(mu)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)通常耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)更好(hao),常應用(yong)(yong)于(yu)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing)更強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)的(de)(de)環境如(ru)化工設備或海洋用(yong)(yong)途。鉬(mu)(mu)主要提升不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)還(huan)原性(xing)(xing)(xing)介(jie)質的(de)(de)腐(fu)蝕性(xing)(xing)(xing),尤其(qi)是(shi)點(dian)腐(fu)蝕、縫(feng)隙腐(fu)蝕,其(qi)耐(nai)(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)能(neng)是(shi)鉻(ge)(ge)的(de)(de)3.5倍(bei)。含(han)(han)(han)鉬(mu)(mu)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)再鈍(dun)化能(neng)力顯(xian)(xian)著(zhu)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)于(yu)鉻(ge)(ge)鎳不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)。研(yan)(yan)究(jiu)表明(ming),鉬(mu)(mu)的(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)僅(jin)當鋼(gang)中(zhong)含(han)(han)(han)有較高鉻(ge)(ge)含(han)(han)(han)量(liang)的(de)(de)時候才有效。這是(shi)因為鉬(mu)(mu)能(neng)顯(xian)(xian)著(zhu)促(cu)進(jin)鉻(ge)(ge)在(zai)鈍(dun)化膜中(zhong)的(de)(de)富集,從而增強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)鈍(dun)化膜的(de)(de)穩定性(xing)(xing)(xing),顯(xian)(xian)著(zhu)強(qiang)(qiang)(qiang)(qiang)化鋼(gang)中(zhong)鉻(ge)(ge)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕作(zuo)用(yong)(yong),從而大幅提高奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)。由于(yu)鉬(mu)(mu)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)是(shi)和鉻(ge)(ge)協同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)結果(guo),因此(ci)在(zai)研(yan)(yan)究(jiu)含(han)(han)(han)鉬(mu)(mu)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)時,往往需要尋找鉻(ge)(ge)、鉬(mu)(mu)含(han)(han)(han)量(liang)的(de)(de)平衡,以找到(dao)最佳耐(nai)(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)成(cheng)分組(zu)合。此(ci)外,鉬(mu)(mu)形成(cheng)鉬(mu)(mu)酸鹽后可以起到(dao)緩蝕劑的(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)。
在Cr-Ni-Mo奧氏體不銹鋼合金體系中,廣為人知的當屬17Cr-12Ni-2Mo,即316系列。06Cr17Ni12Mo2(316)屬于奧氏體不銹鋼,具有良好的強度、塑韌性和冷成型性及良好的低溫性能。由于在18-8型基礎上加入2%鉬,因而具有更好的耐還原性介質和耐點蝕、縫隙腐蝕的能力,在各種有機酸、無機酸、堿、鹽類(如亞硫酸、硫酸、磷酸、醋酸、甲酸、鹵素鹽等)、海水中均具有較好的耐蝕性。022Cr17Ni12Mo2(316L)是在06Cr17Ni12Mo2基礎上發展的超低碳奧氏體不銹鋼,為平衡組織穩定,鎳含量更高。和06Cr17Ni12Mo2相比,022Cr17Ni12Mo2 具有更好的耐敏化態晶間腐蝕性能,適于制造厚截面尺寸的焊接部件和設備。上述兩種奧氏體不銹鋼是制造合成纖維、石油化工、紡織、化肥、造紙、印染及原子能工業用設備的重要耐蝕材料。
采用氮合金化技術,在06Cr17Ni12Mo2 和022Cr17Ni12Mo2 基礎上,發展了06Cr17Ni12Mo2N(316N)和022Cr17Ni12Mo2N(316LN)奧氏體不銹鋼,氮含量一般控制在0.10%~0.25%范圍內,既利用了氮的有益作用,又防止氮化物等有害相的析出。氮的加入,進一步提高了不銹鋼的強度,同時仍保持較高的塑韌性水平。在耐蝕性方面,除仍保留原始鋼種的耐蝕特點外,氮的加入改善了鋼的耐局部腐蝕性能,如耐點蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕性能均得到不同程度的提高。奧氏體不銹鋼的冶金生產工藝性能基本和原始鋼種一致,易于生產板、管、絲、帶、鍛件、型材等冶金產品。在不含氮鋼種的強度稍顯不足的應用領域,此兩鋼種是最佳候選材料。
含氮、含鉬(mu)的(de)(de)(de)Cr-Ni-Mo奧氏體不銹(xiu)鋼,由(you)(you)于兼具強度和(he)耐蝕性,在核電一回路(lu)(lu)(lu)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)系(xi)統(tong)(tong)普遍(bian)使用(yong)。核電一回路(lu)(lu)(lu)系(xi)統(tong)(tong)是(shi)由(you)(you)主管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)(反(fan)應堆(dui)冷(leng)卻(que)(que)劑(ji)系(xi)統(tong)(tong))及(ji)多(duo)個高能(neng)輔(fu)助系(xi)統(tong)(tong)(如(ru)壓力安全(quan)系(xi)統(tong)(tong)、余熱排出系(xi)統(tong)(tong)、安全(quan)注射系(xi)統(tong)(tong))組成。一回路(lu)(lu)(lu)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)在反(fan)應堆(dui)運行期間的(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)條(tiao)件十分苛刻,除了(le)承受各種載荷組合和(he)低(di)周(zhou)、高頻疲(pi)勞所(suo)引起的(de)(de)(de)機械損(sun)傷外(wai),還將(jiang)承受反(fan)應堆(dui)冷(leng)卻(que)(que)劑(ji)介質的(de)(de)(de)高溫(wen)、高壓、高流速及(ji) 海洋環境(jing)造成的(de)(de)(de)氯離子腐(fu)蝕的(de)(de)(de)危害(hai)。作(zuo)(zuo)為重(zhong)要的(de)(de)(de)核級管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)部(bu)件,一回路(lu)(lu)(lu)系(xi)統(tong)(tong)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)材料(liao)均選用(yong)具有優(you)異的(de)(de)(de)耐晶間腐(fu)蝕性能(neng)、良好(hao)的(de)(de)(de)抗疲(pi)勞性能(neng)和(he)焊接性能(neng)的(de)(de)(de)Cr-Ni-Mo奧氏體不銹(xiu)鋼。
為進一步提高Cr-Ni-Mo奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)在還原(yuan)性(xing)介(jie)質中(zhong)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing),發展了含銅的(de)(de)Cr-Ni-Mo奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang),如00Cr18Ni14Mo2Cu2、00Cr20Ni25Mo4.5Cu等。銅能顯(xian)著提高奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)對(dui)還原(yuan)性(xing)介(jie)質如硫酸(suan)、磷酸(suan)等的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing),當用鉬和銅復合合金化時,效果(guo)更加(jia)突出。在高溫濃(nong)硫酸(suan)中(zhong),高硅不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)能則更加(jia)優異,如00Cr17Ni17Si6、00Cr18Ni20Si6MoCu 和00Cr11Ni22Si6Mo2Cu。00Cr11Ni22Si6Mo2Cu為我國于20世紀90年(nian)(nian)代自主研發的(de)(de)專利牌號SS920。此(ci)鋼(gang)的(de)(de)最大特點是在高溫濃(nong)硫酸(suan)中(zhong)具有(you)優異的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing),在130℃、96%硫酸(suan)中(zhong),鋼(gang)的(de)(de)腐蝕(shi)速率小于0.05毫米/年(nian)(nian)。此(ci)鋼(gang)的(de)(de)冷、熱成 型(xing)性(xing)能良好,可(ke)生產板、管、絲、帶、鍛件、鑄件等冶金產品。
022Cr17Ni12Mo2不銹鋼是在06Cr17Ni12Mo2不銹鋼的基礎上降低碳含量得到的一種耐腐蝕性能良好的Cr-Ni-Mo型超低碳不銹鋼。其耐腐蝕性、耐晶間腐蝕性能和高溫力學性能良好,是目前奧氏體不銹鋼應用最為廣泛的鋼種之一。022Cr19Ni13Mo3不銹鋼也是應用較為廣泛的一種Cr-Ni-Mo不銹鋼,具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械特性,適合用于食品的加工、儲存和運輸等。
表(biao)2-1-3給出了Cr-Ni-Mo(Mo≤4%)奧氏體不銹鋼(gang)的(de)化學成分(fen)。




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