鐵素體不銹鋼中,鉻含量較高的鋼也存在一些問題,主要表現在以下方面:



1. 脆性轉變溫度和缺(que)口敏感性


    鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體不銹鋼(經正常熱處理后)對缺口十分敏感,高鉻鐵素體不銹鋼的韌性-脆性轉變溫度一般均高于室溫。有缺口才顯示室溫脆性,而且隨鉻含量的提高或缺口敏感度的增加,其脆性轉變溫度也隨之升高。當溫度升至870℃時,缺口敏感性才完全消失。


   造成缺(que)口敏感性大和(he)脆(cui)性轉變溫度(du)高的主要(yao)原因是,鋼(gang)中(zhong)間隙元素,尤(you)其是碳(tan)、氮和(he)氧等含量較高,并(bing)與其化合物(wu)沉(chen)淀相關。這(zhe)些(xie)夾雜物(wu)和(he)析出相往往處于應力集中(zhong)處和(he)裂紋起源(yuan)處。



2. 475℃脆性


   通常鐵素體(ti)不銹鋼加熱至(zhi)高溫,基本(ben)上不出現奧氏(shi)體(ti)相變,因此很難經淬火轉變成馬氏(shi)體(ti)而產生(sheng)明(ming)顯(xian)強化。但(dan)經處理后,能夠明(ming)顯(xian)提高強度和(he)硬度,而塑(su)性和(he)沖擊韌度卻(que)明(ming)顯(xian)降低。


   鉻含量超過12%的鐵素體不銹鋼,加熱至340~540℃時(shi),經一定(ding)時(shi)間后,鋼的硬度增加,沖擊韌度顯(xian)著降低,尤其是在(zai)475℃時(shi)最(zui)為嚴重,因此(ci)稱為475℃脆(cui)性(xing)(xing)。產生(sheng)475℃脆(cui)性(xing)(xing)的基本原因是由(you)于一種富鉻(uw(Cr)=61%~83%))的α'相(xiang)的沉淀析出所致(zhi)。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等(deng)元素促進475℃脆(cui)性(xing)(xing)。α'相(xiang)的析出不僅帶來脆(cui)性(xing)(xing),而且(qie)顯(xian)著降低鐵素體不銹鋼的耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)。



3. σ相脆(cui)化


   根據(ju)Fe-Cr相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu),當鉻(ge)含(han)量在15%~70%(質量分(fen)數)范圍內,在500~800℃時(shi)存在σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。它是一種金屬間(jian)化合物,當w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無磁性(xing),具有四方晶(jing)格結(jie)構,屬高(gao)(gao)硬度(du)脆性(xing)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)首(shou)先產生于晶(jing)粒邊界(jie),呈鏈(lian)網(wang)或島狀,使鋼的(de)硬度(du)提高(gao)(gao),卻顯(xian)著降(jiang)低鋼的(de)塑性(xing)、缺口韌性(xing)及耐蝕性(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促(cu)進σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)生成(cheng)(cheng),C、N抑制其生成(cheng)(cheng)。提高(gao)(gao)鉻(ge)含(han)量將顯(xian)著加速σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)形成(cheng)(cheng)。當)=25%~30%的(de)鋼在熱(re)處理時(shi),冷卻速度(du)慢就會有σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)析出(chu)。焊接時(shi)長時(shi)間(jian)w(Cr)=25%-保溫能形成(cheng)(cheng)σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang),冷加工也會增(zeng)大σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)析出(chu)速度(du)。


   σ相可以(yi)通過(guo)加(jia)熱至800℃以(yi)上溫度(du),保(bao)溫一(yi)定時間使其溶(rong)解后快(kuai)速(su)冷至室溫,而得以(yi)消除(chu)。



4. 高(gao)溫脆性


   普通高(gao)鉻鐵素體不銹鋼(gang)(間隙元(yuan)素如碳、氮的含量(liang)在中(zhong)等以(yi)上時)加熱至950~1000℃以(yi)上,急冷至室(shi)溫,其塑(su)性(xing)和(he)缺口韌性(xing)顯著(zhu)降低,稱為高(gao)溫脆性(xing)。鉻含量(liang)越(yue)高(gao),脆性(xing)越(yue)大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼(gang),經過1000℃的加熱并保溫10h,冷卻后在常(chang)溫下的彎曲(qu)角度(du)為零。


   這種脆性消(xiao)除(chu)的辦法(fa)是(shi),重新加熱750~850℃,即(ji)可(ke)以(yi)恢復其塑性。


   高溫(wen)脆(cui)性(xing)十分有害。在焊(han)接(jie)、在進行950℃以上熱處理或鑄造工藝過程中,均會出(chu)現高溫(wen)脆(cui)性(xing),同時耐蝕性(xing)也顯著(zhu)降低。


   產(chan)生高溫(wen)脆(cui)性(xing)(xing)的基本原(yuan)因(yin)是與碳、氮(dan)等間隙元素的化合(he)物在晶界和(he)晶內位(wei)錯上的析出有關。降低鋼中的碳、氮(dan)含(han)量,減少(shao)甚(shen)至避免(mian)碳、滲氮(dan)合(he)物的沉淀析出,可以(yi)大大改善高溫(wen)脆(cui)性(xing)(xing)。



5. 晶(jing)間腐蝕敏感性


   普通高(gao)鉻鐵素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼在加(jia)熱過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)存(cun)在著475℃脆(cui)性(xing)(xing)、σ相脆(cui)性(xing)(xing)和高(gao)溫脆(cui)性(xing)(xing)三(san)個脆(cui)化溫度。由于富鉻的(de)α'相、σ相或(huo)碳滲氮合物(wu)的(de)析出等原因,不(bu)(bu)僅(jin)引起脆(cui)化,而且帶來晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)敏(min)感(gan)性(xing)(xing),使(shi)其耐蝕(shi)性(xing)(xing)顯著降低(di),尤(you)其是(shi)當溫度超過(guo)(guo)900~950℃而后快速冷卻(que)時,具(ju)有十分敏(min)感(gan)的(de)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)傾向(xiang)。即使(shi)鋼中(zhong)碳、氮含量較(jiao)低(di),如在自來水這樣弱的(de)腐(fu)蝕(shi)條件下(xia),經高(gao)溫空(kong)冷或(huo)在焊縫(feng)區也會發生(sheng)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)。


   退(tui)火溫(wen)度過(guo)高,空冷時產生(sheng)敏(min)化(hua),隨后酸(suan)洗時,就會(hui)出現(xian)晶間腐蝕(shi)。


   消除晶間(jian)腐蝕敏感性的辦法(fa)是,把敏化了的鐵素體不(bu)銹鋼用短時間(jian)重新加熱至700~850℃,并(bing)快速冷卻即可消除。


   焊接(jie)或高溫淬火(huo),因經過(guo)其脆化溫度(du)區的時間短暫,故一般來不及(ji)出現脆化。


   鐵(tie)素(su)體(ti)不銹鋼的用途之所(suo)以(yi)有限,與上述因(yin)素(su)有關(guan)。


   鐵素體不銹鋼主要用于化學工業,也可以作為耐高溫(wen)材料(liao)。





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