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(xing)轉(zhuan)變溫度和(he)缺口敏感性(xing)
鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體(ti)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(zao)成缺口敏感性大和(he)(he)脆性轉變溫度高的(de)主要原因是,鋼中間(jian)隙元(yuan)素,尤其是碳、氮和(he)(he)氧等含量(liang)較高,并與其化合物(wu)沉(chen)淀(dian)相(xiang)關。這(zhe)些夾(jia)雜物(wu)和(he)(he)析出相(xiang)往往處于應力集中處和(he)(he)裂(lie)紋起源處。
2. 475℃脆性
通(tong)常(chang)鐵素體(ti)不(bu)銹鋼加熱至高(gao)溫,基本(ben)上不(bu)出現奧氏體(ti)相變(bian),因(yin)此很難(nan)經淬(cui)火轉(zhuan)變(bian)成馬(ma)氏體(ti)而產生明(ming)顯(xian)強化。但經處理(li)后(hou),能夠明(ming)顯(xian)提(ti)高(gao)強度(du)和(he)硬度(du),而塑(su)性(xing)和(he)沖擊韌度(du)卻明(ming)顯(xian)降低(di)。
鉻含(han)量超過12%的鐵(tie)素(su)(su)(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang),加熱(re)至340~540℃時(shi),經(jing)一定時(shi)間后,鋼(gang)的硬度增加,沖擊韌度顯(xian)著降低,尤其是在475℃時(shi)最為嚴(yan)重,因此稱為475℃脆(cui)(cui)性。產生475℃脆(cui)(cui)性的基(ji)本原因是由于一種富(fu)鉻(uw(Cr)=61%~83%))的α'相的沉淀析出所致(zhi)。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等(deng)元素(su)(su)(su)促進475℃脆(cui)(cui)性。α'相的析出不(bu)僅帶來脆(cui)(cui)性,而(er)且顯(xian)著降低鐵(tie)素(su)(su)(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的耐蝕性。
3. σ相脆化(hua)
根據Fe-Cr相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖,當(dang)(dang)(dang)鉻含量在15%~70%(質量分數)范圍內,在500~800℃時(shi)存在σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。它是一種金屬間化合(he)物,當(dang)(dang)(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無磁性(xing)(xing),具有四方晶格結構,屬高硬度脆性(xing)(xing)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)首先(xian)產生于晶粒邊(bian)界,呈鏈網或島狀,使鋼的硬度提高,卻顯(xian)著降低鋼的塑性(xing)(xing)、缺口韌性(xing)(xing)及耐蝕性(xing)(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促(cu)進σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的生成(cheng),C、N抑(yi)制(zhi)其生成(cheng)。提高鉻含量將顯(xian)著加(jia)速σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的形(xing)(xing)成(cheng)。當(dang)(dang)(dang))=25%~30%的鋼在熱處(chu)理時(shi),冷(leng)卻速度慢就會有σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)析出。焊接(jie)時(shi)長時(shi)間w(Cr)=25%-保溫能形(xing)(xing)成(cheng)σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang),冷(leng)加(jia)工也會增大σ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的析出速度。
σ相(xiang)可以通過加熱至800℃以上溫(wen)度,保溫(wen)一定時間使其溶解(jie)后快速(su)冷至室(shi)溫(wen),而得(de)以消(xiao)除(chu)。
4. 高溫脆性
普(pu)通(tong)高(gao)鉻鐵素(su)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(間隙元素(su)如碳、氮的(de)含量(liang)在中等以上時)加熱至950~1000℃以上,急冷至室溫,其(qi)塑(su)性(xing)和缺口韌性(xing)顯(xian)著(zhu)降低,稱為高(gao)溫脆(cui)性(xing)。鉻含量(liang)越高(gao),脆(cui)性(xing)越大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)鋼(gang)(gang),經過1000℃的(de)加熱并保溫10h,冷卻后(hou)在常溫下的(de)彎曲角度為零。
這種脆性消除的辦(ban)法(fa)是,重新加熱750~850℃,即可(ke)以恢復其塑性。
高溫脆(cui)性十分有害。在(zai)焊(han)接、在(zai)進行(xing)950℃以上熱處理或鑄造工藝過(guo)程中,均會出現高溫脆(cui)性,同時耐蝕性也顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)。
產生高溫脆性的基本原因是與碳、氮(dan)(dan)(dan)等間隙元素(su)的化合(he)物在(zai)晶界和(he)晶內位錯上的析出(chu)有關。降(jiang)低鋼(gang)中(zhong)的碳、氮(dan)(dan)(dan)含量,減少甚(shen)至避免碳、滲氮(dan)(dan)(dan)合(he)物的沉淀析出(chu),可以大(da)大(da)改善(shan)高溫脆性。
5. 晶間(jian)腐蝕敏感性
普通高鉻鐵素體不銹鋼在(zai)加熱過程(cheng)中(zhong)存在(zai)著475℃脆(cui)性、σ相脆(cui)性和(he)高溫(wen)(wen)脆(cui)性三個脆(cui)化溫(wen)(wen)度。由(you)于富鉻的(de)α'相、σ相或碳滲氮合物的(de)析(xi)出等原因,不僅引起(qi)脆(cui)化,而且帶來晶間腐蝕(shi)敏感性,使其耐蝕(shi)性顯著降(jiang)低(di),尤(you)其是當溫(wen)(wen)度超過900~950℃而后快速冷(leng)卻時,具有十分敏感的(de)晶間腐蝕(shi)傾向(xiang)。即(ji)使鋼中(zhong)碳、氮含量較低(di),如在(zai)自來水這樣弱的(de)腐蝕(shi)條件下(xia),經高溫(wen)(wen)空冷(leng)或在(zai)焊縫區也會(hui)發生晶間腐蝕(shi)。
退火溫度過高,空冷(leng)時(shi)產生(sheng)敏(min)化,隨后(hou)酸洗時(shi),就(jiu)會出現晶間腐(fu)蝕。
消除晶間腐蝕敏(min)感(gan)性的(de)辦(ban)法是,把敏(min)化(hua)了的(de)鐵素體不銹(xiu)鋼用(yong)短(duan)時間重新加熱至700~850℃,并快速(su)冷卻即可消除。
焊(han)接或高(gao)溫淬火(huo),因經過其(qi)脆化(hua)溫度區的時(shi)間短暫,故一般來不及出現脆化(hua)。
鐵素體(ti)不銹(xiu)鋼的用途(tu)之所以有(you)限,與(yu)上述因素有(you)關。
鐵素體(ti)不銹鋼主要(yao)用于化學工業,也可(ke)以(yi)作為耐高溫材料(liao)。