長期以來,鋼中氫、氧、氮被人們認為是有害的氣體。但是,就目前所知,在不銹鋼中氫、氧有害,但氮在一些不銹鋼中的有益作用則遠遠大于它的不利影響(見合金元素對不銹鋼組織和性能的影響)。
一、氫
氫在不銹鋼中有幾個和十幾個ppm(10-6)的固溶度,而且在奧氏體鋼中的固溶度要大于在鐵素體鋼中的。
當氫超(chao)過鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)固(gu)溶(rong)度(du)時,鋼(gang)在凝固(gu)過程中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)會(hui)有氣(qi)泡(pao)形(xing)(xing)成。嚴重(zhong)時,會(hui)引起(qi)鋼(gang)錠上漲(zhang)或(huo)連鑄(zhu)坯(pi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)產生(sheng)氣(qi)泡(pao),較輕時氫致細小氣(qi)泡(pao)會(hui)在熱加工過程中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)延(yan)伸而(er)形(xing)(xing)成裂紋(wen)。此時進行塔形(xing)(xing)發(fa)紋(wen)檢查,常常會(hui)因發(fa)紋(wen)不(bu)合格而(er)判(pan)廢。圖9.4系鋼(gang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氫量對不(bu)銹(xiu)鋼(gang)連鑄(zhu)坯(pi)氣(qi)泡(pao)的(de)影(ying)響。
即使鋼(gang)中僅殘留少量、微細的發紋,也會引起不銹鋼(gang)的塑、韌(ren)性下(xia)降,而鋼(gang)的耐疲勞(lao)性能降低(di)尤為(wei)明顯。這與發紋在交變應力作用下(xia)成為(wei)了(le)疲勞(lao)源有關。
為使連鑄板坯不產生氫致氣泡,有的生產廠提出鐵素體鉻不銹鋼[H]≤6×10-6,鉻鎳奧氏體鋼。但有的廠家提出,在不銹鋼小方坯連鑄中,希望鋼中[H]≤2×10-6 或 ≤3×10-6 。
研(yan)究氫在(zai)1Cr18Ni9Ti不銹鋼中(zhong)的分布表明,氫在(zai)晶界處的濃度要比晶內(nei)(nei)高3~4cm3/100g。氫在(zai)鋼內(nei)(nei)的不均勻(yun)分布,使鋼晶界的塑性特征(zheng)值(zhi)(zhi)(δ、φ和Ak)比晶內(nei)(nei)相應的特征(zheng)值(zhi)(zhi)低20%~25%。
氫對Fe-Cr 合金電位影響的研究表明(圖9.5),鋼中含氫后,Fe-Cr合金的電位下降,說明合金的耐腐蝕能力降低。實驗和曲線表明:在介質中有微量H2S存在的條件下,傳統馬氏體不銹鋼易產生氫脆(SCC);而超級馬氏體不銹鋼只能在含有極低量H2S的油氣井條件下使用。
氫還可引(yin)起奧氏體不(bu)銹鋼的組織結構產生變化(hua)。
二、氧
目前(qian)不銹鋼(gang)(gang)的(de)冶煉(lian)與氧(yang)(yang)密切相(xiang)關。氧(yang)(yang)化期是(shi)通過氧(yang)(yang)的(de)作用把爐料(liao)中(zhong)殘存(cun)的(de)和(he)過多(duo)的(de)元素(例如碳)去掉;還原和(he)精煉(lian)過程則是(shi)將(jiang)(jiang)前(qian)一階段氧(yang)(yang)化了的(de)有(you)用的(de)金屬元素(例如鐵、鉻等(deng))還原回到鋼(gang)(gang)中(zhong),最后再將(jiang)(jiang)鋼(gang)(gang)中(zhong)氧(yang)(yang)盡量去除;殘余(yu)氧(yang)(yang)在鋼(gang)(gang)中(zhong)是(shi)有(you)害(hai)的(de),而(er)且主(zhu)要是(shi)通過氧(yang)(yang)化物夾(jia)雜的(de)形式(shi)而(er)表現出來(lai)。
在正確(que)的(de)(de)脫氧(yang)條件下,不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)氧(yang)含(han)量應≤0.03%;對鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)純凈度(du)要求高的(de)(de)不銹鋼(gang)(gang)(gang),鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)氧(yang)量越(yue)低(di)越(yue)好。
三、氮
氮(dan)在不銹(xiu)鋼(gang)中對(dui)組(zu)織和性(xing)能(neng)的影(ying)響已如(ru)前述(shu)(見本(ben)書中合金元素(su)對(dui)不銹(xiu)鋼(gang)組(zu)織和性(xing)能(neng)的影(ying)響)。