碳和氮在鐵素體不銹鋼中是不受歡迎的,因為它們除了能使鋼強化外,對鋼的其他各種性能都是不利的,如升高韌脆轉變溫度、增大缺口敏感性、降低焊后耐蝕性等。由于冶金技術的進步,目前工業規模上已可生產出超低碳、氮的高純(C+N含量不大于0.015%)鐵素體不銹鋼,使鐵素體不銹鋼的一些不足得到了很大程度的克服。


  碳和(he)氮(dan)都是擴(kuo)大(da)Fe-Cr合金中γ相(xiang)(xiang)區的元(yuan)素,使α+y兩相(xiang)(xiang)區向更(geng)高鉻含量方(fang)向移動(dong)(圖(tu)9.18和(he)圖(tu)9.19),因而使碳、氮(dan)含量較(jiao)高的鐵(tie)素體(ti)不銹(xiu)鋼中可能出現鐵(tie)素體(ti)+馬氏體(ti)的雙相(xiang)(xiang)結(jie)構。


  由于碳、氮在鐵(tie)素體中的(de)溶解度很低(di),鐵(tie)素體不銹鋼在高溫加熱后的(de)隨后冷卻過程中會(hui)有碳、氮化物析出,它們(men)對(dui)鐵(tie)素體不銹鋼的(de)性能產生重要的(de)影響(xiang)。


  碳、氮含(han)量(liang)的(de)(de)增(zeng)加將使鐵素體不銹鋼的(de)(de)沖擊韌性下降,特別是鋼中鉻含(han)量(liang)高達15%~18%時(shi)更為明顯(xian),同時(shi)使鋼的(de)(de)韌脆轉變溫(wen)度明顯(xian)上移(yi),增(zeng)加鋼的(de)(de)缺口(kou)敏(min)感性。


  鐵素體不銹鋼(gang)中碳、氮(dan)含(han)量的增加也加強了鋼(gang)的冷(leng)卻速率效(xiao)應(ying)和(he)尺寸效(xiao)應(ying)。前者指隨冷(leng)卻速率的不同(tong),鋼(gang)的韌(ren)性有很大的不同(tong),后(hou)者是指隨截面尺寸的變化,鋼(gang)的韌(ren)性有很大的不同(tong)。


  除碳、氮(dan)外(wai),鐵素體不銹(xiu)鋼中的(de)氧含量對其韌性(xing)也有(you)類似(si)的(de)影響。


  碳、氮在鐵素體不銹鋼中存在的另一重要影響是使其具有很高的晶間腐蝕敏感性,其敏感程度隨鋼中C+N含量的增加而增加,其敏感程度遠高于一般18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼。圖9.36為含0.05%C的Cr17鋼與18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼碳化物沉淀與晶間腐蝕的溫度-時間曲線,圖中陰影部分為晶間腐蝕敏感區。


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  碳、氮在鐵素體中的溶解度低,而碳、鉻在α相中的擴散速率比在γ相中快得多,因此鐵素體不銹鋼在高溫加熱后的冷卻過程中,包括快速冷卻,極易析出碳化物和氮化物。其敏化行為與奧氏體不銹鋼不同,除了如圖9.36所示,在400~600℃區間,因析出Cr23C6而出現敏化區外,在1100℃以上的高溫區域也可以出現敏化區,這是由于從高溫冷卻過程中經過400~600℃生成Cr23C6所致。在兩個敏化區之間的700~850℃生成Cr23C6時,由于鉻的再擴散而補充了因形成Cr23C6所需要的Cr,因而不產生貧鉻區,敏化現象消失。


  一些研究結果還指出,碳、氮在鐵素體不銹鋼中對耐一般腐蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕、耐應力(li)腐蝕等都是有害的。