鐵素體不銹(xiu)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(wen)度(du)和缺(que)口敏感性


    鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體不(bu)銹鋼(gang)(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。


   造成缺口敏(min)感性(xing)大和脆性(xing)轉變溫度(du)高(gao)的主要原因是,鋼(gang)中間隙元素(su),尤其是碳、氮和氧等含量較高(gao),并與其化合物沉(chen)淀相關。這(zhe)些夾雜物和析出相往往處(chu)(chu)于應(ying)力集(ji)中處(chu)(chu)和裂紋(wen)起(qi)源處(chu)(chu)。



2. 475℃脆性


   通常鐵素(su)體(ti)不(bu)銹鋼加熱至高(gao)溫,基本上(shang)不(bu)出現奧氏體(ti)相變,因此很難經淬火轉變成馬(ma)氏體(ti)而產生明顯(xian)(xian)強化。但經處理后,能(neng)夠明顯(xian)(xian)提高(gao)強度(du)和(he)硬度(du),而塑性(xing)和(he)沖(chong)擊韌(ren)度(du)卻明顯(xian)(xian)降低。


   鉻(ge)(ge)含量(liang)超過12%的(de)(de)(de)鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)(gang),加熱至340~540℃時(shi),經一(yi)定時(shi)間后(hou),鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)硬度(du)增加,沖擊韌度(du)顯著(zhu)降低,尤其是在475℃時(shi)最(zui)為嚴(yan)重,因此稱為475℃脆(cui)性(xing)(xing)(xing)。產生(sheng)475℃脆(cui)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)基本(ben)原(yuan)因是由于一(yi)種富(fu)鉻(ge)(ge)(uw(Cr)=61%~83%))的(de)(de)(de)α'相的(de)(de)(de)沉淀析出(chu)所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素促進475℃脆(cui)性(xing)(xing)(xing)。α'相的(de)(de)(de)析出(chu)不僅帶來脆(cui)性(xing)(xing)(xing),而且(qie)顯著(zhu)降低鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)(xing)。



3. σ相脆化


   根據Fe-Cr相(xiang)圖,當(dang)鉻含(han)量(liang)(liang)在15%~70%(質量(liang)(liang)分數)范圍內,在500~800℃時存在σ相(xiang)。它是(shi)一種金屬間化合物,當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時,無磁(ci)性(xing)(xing),具有(you)四方晶(jing)格結構,屬高硬(ying)度脆性(xing)(xing)相(xiang)。σ相(xiang)首先產生于晶(jing)粒邊界,呈鏈網或島狀,使(shi)鋼(gang)的(de)硬(ying)度提(ti)高,卻顯(xian)著降低(di)鋼(gang)的(de)塑性(xing)(xing)、缺口韌性(xing)(xing)及(ji)耐蝕性(xing)(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促(cu)進σ相(xiang)的(de)生成(cheng),C、N抑(yi)制其(qi)生成(cheng)。提(ti)高鉻含(han)量(liang)(liang)將顯(xian)著加速(su)σ相(xiang)的(de)形成(cheng)。當(dang))=25%~30%的(de)鋼(gang)在熱處理時,冷卻速(su)度慢就會有(you)σ相(xiang)析出(chu)。焊接時長時間w(Cr)=25%-保溫能(neng)形成(cheng)σ相(xiang),冷加工也(ye)會增大σ相(xiang)的(de)析出(chu)速(su)度。


   σ相可以通過(guo)加熱至800℃以上(shang)溫(wen)度,保溫(wen)一定時間使其溶(rong)解(jie)后快速冷至室溫(wen),而得以消除。



4. 高溫脆性


   普通高(gao)(gao)鉻鐵素(su)體不銹鋼(間(jian)隙元素(su)如碳、氮的(de)(de)(de)含量(liang)在中(zhong)等以(yi)上時)加熱(re)至(zhi)950~1000℃以(yi)上,急冷至(zhi)室溫(wen),其塑性和(he)缺口韌(ren)性顯著降低,稱為高(gao)(gao)溫(wen)脆性。鉻含量(liang)越(yue)高(gao)(gao),脆性越(yue)大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)(de)(de)鋼,經過1000℃的(de)(de)(de)加熱(re)并(bing)保溫(wen)10h,冷卻后(hou)在常(chang)溫(wen)下的(de)(de)(de)彎曲角度為零。


   這種脆性消(xiao)除(chu)的辦法是,重新加熱750~850℃,即(ji)可以恢(hui)復其(qi)塑性。


   高溫(wen)脆性(xing)十分有害。在焊接、在進行950℃以上熱處理或鑄造工藝過程(cheng)中(zhong),均會出現高溫(wen)脆性(xing),同時耐(nai)蝕(shi)性(xing)也(ye)顯(xian)著降(jiang)低。


   產生高溫脆性的基本(ben)原(yuan)因(yin)是與碳、氮(dan)等間隙元(yuan)素的化合物(wu)在晶(jing)界和晶(jing)內位(wei)錯(cuo)上的析出有(you)關。降低鋼中的碳、氮(dan)含量,減少甚至(zhi)避免碳、滲氮(dan)合物(wu)的沉(chen)淀析出,可以大大改(gai)善高溫脆性。



5. 晶間腐(fu)蝕敏感性


   普通高(gao)鉻鐵素體不銹鋼在加(jia)熱(re)過程(cheng)中存(cun)在著475℃脆(cui)性(xing)(xing)、σ相脆(cui)性(xing)(xing)和(he)高(gao)溫脆(cui)性(xing)(xing)三個(ge)脆(cui)化(hua)溫度。由(you)于富鉻的α'相、σ相或(huo)碳滲氮合(he)物的析出等原因,不僅引起(qi)脆(cui)化(hua),而且帶來(lai)晶(jing)(jing)(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)敏感性(xing)(xing),使其耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)顯著降低,尤其是當(dang)溫度超過900~950℃而后快速冷(leng)卻時,具有(you)十分敏感的晶(jing)(jing)(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)傾向。即使鋼中碳、氮含量較低,如在自來(lai)水這樣弱(ruo)的腐(fu)蝕(shi)(shi)條件下(xia),經高(gao)溫空冷(leng)或(huo)在焊縫(feng)區也會發生晶(jing)(jing)(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)。


   退火溫度過高,空冷時產(chan)生敏化,隨后酸洗時,就會出(chu)現晶間腐蝕。


   消(xiao)除晶間腐蝕(shi)敏(min)感性的辦法(fa)是,把敏(min)化了的鐵素體不銹鋼(gang)用短時(shi)間重(zhong)新(xin)加熱至(zhi)700~850℃,并快(kuai)速冷卻即可消(xiao)除。


   焊接(jie)或高溫淬火,因(yin)經過其脆化(hua)溫度區的時間(jian)短暫(zan),故一般來(lai)不及出現脆化(hua)。


   鐵素體不(bu)銹鋼的用途之(zhi)所以有限,與上述因素有關。


   鐵(tie)素體(ti)不銹(xiu)鋼主(zhu)要用于化學工業,也(ye)可(ke)以作(zuo)為(wei)耐(nai)高溫材(cai)料(liao)。





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