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(cui)性轉變溫度和缺口敏感(gan)性
鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體不(bu)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。
造成缺口敏感性大和(he)(he)(he)脆性轉變(bian)溫(wen)度高的主(zhu)要(yao)原因是,鋼中(zhong)間隙元素,尤其是碳、氮和(he)(he)(he)氧(yang)等含量較高,并(bing)與其化合物沉淀相關。這些夾(jia)雜物和(he)(he)(he)析(xi)出相往往處(chu)(chu)于應力(li)集中(zhong)處(chu)(chu)和(he)(he)(he)裂紋起源處(chu)(chu)。
2. 475℃脆性(xing)
通常(chang)鐵素體(ti)不銹(xiu)鋼加熱至高溫(wen),基本上(shang)不出(chu)現奧氏(shi)體(ti)相變,因此很難(nan)經淬火(huo)轉變成馬(ma)氏(shi)體(ti)而(er)產生明(ming)(ming)顯(xian)(xian)強化。但經處理后(hou),能(neng)夠明(ming)(ming)顯(xian)(xian)提高強度(du)和(he)硬度(du),而(er)塑(su)性和(he)沖擊韌度(du)卻明(ming)(ming)顯(xian)(xian)降(jiang)低。
鉻含量超過12%的鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang),加(jia)熱至340~540℃時,經一定(ding)時間(jian)后,鋼(gang)的硬度(du)增(zeng)加(jia),沖擊韌度(du)顯著(zhu)降(jiang)低,尤其是在475℃時最為(wei)嚴(yan)重,因此稱為(wei)475℃脆性。產生475℃脆性的基(ji)本(ben)原因是由于一種(zhong)富(fu)鉻(uw(Cr)=61%~83%))的α'相(xiang)的沉(chen)淀析出所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素(su)促進475℃脆性。α'相(xiang)的析出不(bu)僅帶來脆性,而且顯著(zhu)降(jiang)低鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的耐蝕性。
3. σ相脆化
根據(ju)Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖,當(dang)鉻(ge)含(han)量在15%~70%(質量分數)范圍內,在500~800℃時(shi)(shi)存在σ相(xiang)(xiang)。它是一(yi)種金屬間(jian)化合物,當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時(shi)(shi),無(wu)磁性,具(ju)有四方晶(jing)格結構,屬高硬度脆性相(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)首(shou)先(xian)產生(sheng)(sheng)于晶(jing)粒邊界,呈鏈網或(huo)島狀,使鋼(gang)的(de)(de)(de)硬度提高,卻顯著降低鋼(gang)的(de)(de)(de)塑性、缺(que)口韌(ren)性及耐蝕性。Mo、Si、Ni、Mn等促(cu)進(jin)σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)成(cheng),C、N抑制其生(sheng)(sheng)成(cheng)。提高鉻(ge)含(han)量將顯著加速σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)形成(cheng)。當(dang))=25%~30%的(de)(de)(de)鋼(gang)在熱處理時(shi)(shi),冷(leng)卻速度慢就會有σ相(xiang)(xiang)析出。焊(han)接時(shi)(shi)長時(shi)(shi)間(jian)w(Cr)=25%-保(bao)溫能形成(cheng)σ相(xiang)(xiang),冷(leng)加工也會增大σ相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)析出速度。
σ相可以通過加(jia)熱至800℃以上溫度(du),保溫一定時間使其(qi)溶解后快(kuai)速冷(leng)至室溫,而得以消除(chu)。
4. 高溫脆(cui)性
普通高(gao)(gao)鉻(ge)(ge)鐵素體不銹鋼(間隙元素如碳、氮的(de)含(han)量在中等以上(shang)時)加熱(re)至950~1000℃以上(shang),急冷至室溫,其(qi)塑性(xing)(xing)(xing)和(he)缺口(kou)韌性(xing)(xing)(xing)顯著降低,稱為高(gao)(gao)溫脆性(xing)(xing)(xing)。鉻(ge)(ge)含(han)量越高(gao)(gao),脆性(xing)(xing)(xing)越大(da)。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)鋼,經過1000℃的(de)加熱(re)并保(bao)溫10h,冷卻后(hou)在常(chang)溫下的(de)彎曲角度為零(ling)。
這種脆(cui)性消除的辦(ban)法是(shi),重新加熱(re)750~850℃,即可以恢復其塑性。
高(gao)溫脆(cui)性(xing)十分有害。在(zai)焊接、在(zai)進行950℃以上熱處理(li)或鑄造(zao)工藝過程中,均會(hui)出現高(gao)溫脆(cui)性(xing),同時耐蝕性(xing)也顯著降低。
產(chan)生高溫(wen)脆(cui)性(xing)的(de)基本原(yuan)因是與碳、氮等間隙元素的(de)化合(he)物(wu)在晶界(jie)和(he)晶內位(wei)錯(cuo)上(shang)的(de)析出有(you)關。降低鋼中的(de)碳、氮含(han)量(liang),減少甚至避(bi)免碳、滲氮合(he)物(wu)的(de)沉淀析出,可以(yi)大大改善(shan)高溫(wen)脆(cui)性(xing)。
5. 晶間(jian)腐蝕敏感性
普通高鉻(ge)鐵(tie)素體不(bu)銹鋼在(zai)加(jia)熱過(guo)程中(zhong)存在(zai)著475℃脆性、σ相脆性和高溫脆性三(san)個(ge)脆化(hua)溫度。由于富鉻(ge)的(de)(de)α'相、σ相或碳滲(shen)氮(dan)(dan)合(he)物的(de)(de)析出等原因(yin),不(bu)僅引起(qi)脆化(hua),而且帶來晶間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)(min)感(gan)性,使其耐蝕(shi)(shi)性顯著降低,尤其是(shi)當溫度超過(guo)900~950℃而后快速冷(leng)卻時,具有(you)十(shi)分敏(min)(min)感(gan)的(de)(de)晶間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)傾向。即使鋼中(zhong)碳、氮(dan)(dan)含(han)量(liang)較低,如(ru)在(zai)自(zi)來水這樣(yang)弱的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)條件下,經高溫空冷(leng)或在(zai)焊縫區(qu)也會發(fa)生晶間(jian)(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)。
退(tui)火溫(wen)度(du)過高,空冷時產(chan)生敏化,隨后酸洗時,就會出(chu)現晶間腐(fu)蝕(shi)。
消(xiao)除(chu)晶間(jian)腐蝕(shi)敏(min)感性的辦法是,把敏(min)化了的鐵素體不銹鋼用短時間(jian)重新加熱至(zhi)700~850℃,并快(kuai)速(su)冷卻(que)即(ji)可(ke)消(xiao)除(chu)。
焊接或高溫淬(cui)火,因經過其(qi)脆化溫度(du)區的(de)時間短(duan)暫,故(gu)一般(ban)來不及出現脆化。
鐵素體不銹鋼的用途(tu)之所以(yi)有(you)限,與上述因素有(you)關。
鐵(tie)素(su)體不銹鋼主(zhu)要用于(yu)化學(xue)工業,也(ye)可以作為耐高(gao)溫材(cai)料。