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(bian)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)大和脆(cui)性(xing)轉變溫度高的主要原因是,鋼中(zhong)間隙元素,尤其(qi)是碳、氮(dan)和氧等含量(liang)較高,并(bing)與(yu)其(qi)化合物(wu)沉淀相關。這(zhe)些(xie)夾雜物(wu)和析出相往往處于(yu)應力集中(zhong)處和裂(lie)紋起源處。
2. 475℃脆性
通常鐵素體(ti)不(bu)銹鋼加熱(re)至高(gao)溫,基(ji)本上不(bu)出現奧氏(shi)體(ti)相變,因此很(hen)難經淬火轉變成馬氏(shi)體(ti)而(er)(er)產(chan)生明(ming)顯強化。但經處理后,能夠明(ming)顯提高(gao)強度和(he)硬度,而(er)(er)塑性和(he)沖擊(ji)韌度卻(que)明(ming)顯降低。
鉻含量超過12%的(de)(de)鐵素(su)體不(bu)(bu)銹鋼,加熱至340~540℃時(shi),經一(yi)定時(shi)間后(hou),鋼的(de)(de)硬(ying)度(du)增加,沖擊韌度(du)顯(xian)著(zhu)降低,尤(you)其是(shi)在475℃時(shi)最為(wei)嚴重,因此稱為(wei)475℃脆性(xing)(xing)。產生475℃脆性(xing)(xing)的(de)(de)基(ji)本原因是(shi)由于一(yi)種富鉻(uw(Cr)=61%~83%))的(de)(de)α'相的(de)(de)沉(chen)淀析(xi)(xi)出(chu)所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素(su)促進(jin)475℃脆性(xing)(xing)。α'相的(de)(de)析(xi)(xi)出(chu)不(bu)(bu)僅(jin)帶來脆性(xing)(xing),而且(qie)顯(xian)著(zhu)降低鐵素(su)體不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)。
3. σ相脆化
根據Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖,當鉻含量(liang)(liang)在(zai)15%~70%(質量(liang)(liang)分數)范圍內,在(zai)500~800℃時(shi)存在(zai)σ相(xiang)(xiang)。它是一種金屬(shu)間(jian)(jian)化合物,當w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無磁性,具有四方晶格(ge)結構,屬(shu)高(gao)硬(ying)度(du)脆(cui)性相(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)首先產(chan)生于晶粒邊界,呈鏈網或島狀,使(shi)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)硬(ying)度(du)提高(gao),卻顯著降低鋼(gang)(gang)(gang)的(de)塑性、缺口韌性及耐蝕性。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相(xiang)(xiang)的(de)生成(cheng),C、N抑制其生成(cheng)。提高(gao)鉻含量(liang)(liang)將顯著加速(su)σ相(xiang)(xiang)的(de)形成(cheng)。當)=25%~30%的(de)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)熱(re)處理時(shi),冷卻速(su)度(du)慢就會有σ相(xiang)(xiang)析出。焊(han)接(jie)時(shi)長時(shi)間(jian)(jian)w(Cr)=25%-保(bao)溫能形成(cheng)σ相(xiang)(xiang),冷加工也會增大σ相(xiang)(xiang)的(de)析出速(su)度(du)。
σ相可以通(tong)過加熱(re)至800℃以上溫度,保溫一定(ding)時間使其溶解(jie)后快速(su)冷至室溫,而得以消除。
4. 高溫(wen)脆性
普(pu)通(tong)高鉻鐵素體不銹鋼(間隙元(yuan)素如碳、氮(dan)的(de)含(han)量(liang)在(zai)中(zhong)等(deng)以上時)加熱至950~1000℃以上,急冷至室溫(wen),其塑性和缺口韌性顯著降低,稱(cheng)為(wei)高溫(wen)脆(cui)性。鉻含(han)量(liang)越高,脆(cui)性越大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)鋼,經過1000℃的(de)加熱并保溫(wen)10h,冷卻后在(zai)常溫(wen)下(xia)的(de)彎(wan)曲角度為(wei)零。
這種脆性消(xiao)除(chu)的(de)辦法是(shi),重(zhong)新加熱750~850℃,即可(ke)以恢復其塑性。
高溫脆性十分有害。在焊接、在進行(xing)950℃以上熱處理或鑄(zhu)造工藝過程中(zhong),均(jun)會出(chu)現(xian)高溫脆性,同時耐蝕性也顯著(zhu)降低。
產生高溫脆性(xing)的基本原因是與碳、氮等間隙元素的化(hua)合物(wu)在晶(jing)界和晶(jing)內位(wei)錯上(shang)的析(xi)出有關。降低鋼中(zhong)的碳、氮含量,減少甚至避免(mian)碳、滲氮合物(wu)的沉淀析(xi)出,可以大大改善高溫脆性(xing)。
5. 晶間腐蝕敏感性
普通高(gao)鉻鐵素體不銹(xiu)鋼在(zai)加(jia)熱過(guo)程中(zhong)存在(zai)著475℃脆(cui)(cui)性(xing)、σ相脆(cui)(cui)性(xing)和高(gao)溫脆(cui)(cui)性(xing)三個脆(cui)(cui)化溫度。由于富鉻的(de)(de)α'相、σ相或(huo)碳滲氮(dan)合物的(de)(de)析(xi)出(chu)等原(yuan)因,不僅引起脆(cui)(cui)化,而且(qie)帶來(lai)晶(jing)間腐蝕(shi)敏感(gan)性(xing),使(shi)其(qi)(qi)耐蝕(shi)性(xing)顯著降低,尤其(qi)(qi)是當溫度超(chao)過(guo)900~950℃而后快速(su)冷卻時,具有十分敏感(gan)的(de)(de)晶(jing)間腐蝕(shi)傾向(xiang)。即使(shi)鋼中(zhong)碳、氮(dan)含量較低,如在(zai)自來(lai)水(shui)這樣(yang)弱的(de)(de)腐蝕(shi)條件下,經高(gao)溫空冷或(huo)在(zai)焊縫區也會(hui)發生晶(jing)間腐蝕(shi)。
退火溫(wen)度過高(gao),空冷時產生敏(min)化,隨后酸(suan)洗(xi)時,就會出現晶間(jian)腐蝕。
消(xiao)(xiao)除(chu)晶間腐蝕敏(min)感性(xing)的辦法是,把敏(min)化了的鐵素體(ti)不銹鋼用(yong)短時間重(zhong)新(xin)加熱(re)至(zhi)700~850℃,并(bing)快速冷卻即(ji)可消(xiao)(xiao)除(chu)。
焊接或高溫淬火,因經過其脆化溫度區的時間短暫(zan),故(gu)一般來不及出現脆化。
鐵(tie)素體不銹鋼的用途之所(suo)以(yi)有限,與上述因素有關。
鐵素體不(bu)銹鋼主(zhu)要(yao)用于化學(xue)工業(ye),也可(ke)以(yi)作(zuo)為耐高溫材(cai)料。