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。


   造成缺口敏感性(xing)大和(he)脆(cui)性(xing)轉變溫度(du)高(gao)的主要原因(yin)是(shi),鋼中間(jian)隙元(yuan)素,尤其是(shi)碳、氮和(he)氧等含量較高(gao),并與其化(hua)合物(wu)沉淀相關。這些夾雜物(wu)和(he)析出(chu)相往(wang)往(wang)處于應力集中處和(he)裂紋(wen)起源(yuan)處。



2. 475℃脆性


   通常鐵(tie)素體(ti)不銹鋼加熱至(zhi)高(gao)溫,基本上不出現(xian)奧(ao)氏(shi)體(ti)相變,因此很難經淬火轉變成馬(ma)氏(shi)體(ti)而產生明顯強(qiang)化(hua)。但經處理后,能夠明顯提高(gao)強(qiang)度(du)和硬度(du),而塑性和沖擊韌(ren)度(du)卻明顯降低(di)。


   鉻(ge)含量超(chao)過12%的鐵素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼,加(jia)(jia)熱至(zhi)340~540℃時(shi),經一(yi)定時(shi)間后,鋼的硬度增(zeng)加(jia)(jia),沖擊韌度顯著(zhu)降(jiang)低(di),尤其(qi)是在(zai)475℃時(shi)最為嚴重(zhong),因(yin)此稱為475℃脆(cui)性(xing)(xing)。產生(sheng)475℃脆(cui)性(xing)(xing)的基本原因(yin)是由于一(yi)種富鉻(ge)(uw(Cr)=61%~83%))的α'相(xiang)的沉淀析出所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素(su)(su)促進475℃脆(cui)性(xing)(xing)。α'相(xiang)的析出不(bu)僅帶來(lai)脆(cui)性(xing)(xing),而且顯著(zhu)降(jiang)低(di)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼的耐蝕性(xing)(xing)。



3. σ相脆化(hua)


   根據Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖,當(dang)鉻含量(liang)在(zai)15%~70%(質量(liang)分(fen)數)范圍(wei)內,在(zai)500~800℃時存在(zai)σ相(xiang)(xiang)。它是一種金屬(shu)間化合(he)物(wu),當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時,無磁性(xing),具有(you)四方晶格(ge)結構,屬(shu)高硬度脆性(xing)相(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)首先產生于(yu)晶粒邊界(jie),呈鏈網或島(dao)狀,使鋼的硬度提高,卻顯著(zhu)降低鋼的塑性(xing)、缺口韌(ren)性(xing)及耐蝕性(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促進(jin)σ相(xiang)(xiang)的生成(cheng),C、N抑(yi)制其生成(cheng)。提高鉻含量(liang)將顯著(zhu)加(jia)速(su)σ相(xiang)(xiang)的形成(cheng)。當(dang))=25%~30%的鋼在(zai)熱處(chu)理時,冷卻速(su)度慢就會有(you)σ相(xiang)(xiang)析出。焊接時長時間w(Cr)=25%-保溫能形成(cheng)σ相(xiang)(xiang),冷加(jia)工也(ye)會增大σ相(xiang)(xiang)的析出速(su)度。


   σ相可以(yi)通過加熱至800℃以(yi)上溫度,保溫一定時(shi)間(jian)使其溶解后快速冷至室(shi)溫,而得以(yi)消除。



4. 高溫脆性


   普通高鉻(ge)鐵素(su)體不銹鋼(gang)(間隙元素(su)如碳、氮的含量在中等以上時)加熱(re)至950~1000℃以上,急冷至室溫(wen),其(qi)塑性和缺口韌性顯著降低(di),稱為高溫(wen)脆性。鉻(ge)含量越(yue)高,脆性越(yue)大(da)。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼(gang),經過1000℃的加熱(re)并保溫(wen)10h,冷卻后(hou)在常溫(wen)下的彎曲角度為零。


   這種脆性(xing)消(xiao)除的(de)辦法是,重新加熱(re)750~850℃,即可以恢復其塑性(xing)。


   高溫脆性十(shi)分有害。在(zai)焊接、在(zai)進行950℃以上熱處理(li)或鑄造工藝(yi)過程中,均會出現高溫脆性,同時耐蝕性也顯著降(jiang)低。


   產生高溫(wen)脆性的基(ji)本原因(yin)是(shi)與碳(tan)、氮等(deng)間隙元(yuan)素的化合(he)物(wu)在晶(jing)界和(he)晶(jing)內位錯上的析出有關。降低鋼中(zhong)的碳(tan)、氮含量,減少甚至避免碳(tan)、滲氮合(he)物(wu)的沉(chen)淀析出,可以大(da)大(da)改善高溫(wen)脆性。



5. 晶間腐蝕敏感性


   普通高鉻(ge)鐵素體不銹(xiu)鋼在(zai)加熱過(guo)程(cheng)中(zhong)存在(zai)著475℃脆(cui)性(xing)、σ相(xiang)脆(cui)性(xing)和高溫(wen)脆(cui)性(xing)三(san)個脆(cui)化溫(wen)度。由于富鉻(ge)的(de)α'相(xiang)、σ相(xiang)或碳滲(shen)氮合物的(de)析出等原(yuan)因,不僅引起脆(cui)化,而且帶來(lai)晶間腐蝕敏感性(xing),使(shi)其耐蝕性(xing)顯著降低,尤(you)其是當溫(wen)度超過(guo)900~950℃而后快速(su)冷卻(que)時(shi),具有十分敏感的(de)晶間腐蝕傾向。即使(shi)鋼中(zhong)碳、氮含量較低,如在(zai)自來(lai)水這樣弱的(de)腐蝕條件(jian)下,經高溫(wen)空冷或在(zai)焊縫區也會發(fa)生晶間腐蝕。


   退火溫度過高,空冷時產生敏(min)化,隨(sui)后酸(suan)洗時,就會出(chu)現晶間腐(fu)蝕(shi)。


   消除晶間腐蝕敏(min)感(gan)性(xing)的辦法(fa)是,把敏(min)化了(le)的鐵素體不銹鋼(gang)用短時間重新加熱(re)至700~850℃,并快速冷卻即可消除。


   焊接或高溫淬火,因經過其脆(cui)化溫度區的時間(jian)短暫,故(gu)一般來不(bu)及(ji)出現脆(cui)化。


   鐵素(su)體不銹(xiu)鋼的用途(tu)之所以有限,與上述因素(su)有關。


   鐵素(su)體(ti)不銹鋼主要(yao)用(yong)于化學工(gong)業,也可以作(zuo)為耐(nai)高溫(wen)材(cai)料。





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