鐵素體不(bu)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(que)口(kou)敏感性大(da)和脆性轉變溫度高的主要原因(yin)是,鋼中間隙元素,尤其是碳、氮和氧等含量較(jiao)高,并與(yu)其化(hua)合物沉淀相關。這些夾雜物和析出相往往處(chu)于應力(li)集中處(chu)和裂紋起源處(chu)。
2. 475℃脆(cui)性
通常鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)加熱至高溫,基本上不(bu)出現奧氏(shi)體相(xiang)變,因此很難經淬火(huo)轉(zhuan)變成馬氏(shi)體而產生明(ming)顯強(qiang)化。但經處(chu)理后(hou),能夠(gou)明(ming)顯提高強(qiang)度(du)和(he)硬(ying)度(du),而塑性和(he)沖(chong)擊韌度(du)卻明(ming)顯降低。
鉻含(han)量超過12%的鐵(tie)素(su)體(ti)不銹鋼,加(jia)熱至340~540℃時,經一定(ding)時間后(hou),鋼的硬(ying)度增(zeng)加(jia),沖擊韌度顯著降低,尤其是(shi)在475℃時最為嚴重,因此稱(cheng)為475℃脆性(xing)。產(chan)生475℃脆性(xing)的基本(ben)原因是(shi)由于一種富鉻(uw(Cr)=61%~83%))的α'相的沉(chen)淀析出所(suo)致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素(su)促進475℃脆性(xing)。α'相的析出不僅帶來脆性(xing),而且顯著降低鐵(tie)素(su)體(ti)不銹鋼的耐蝕性(xing)。
3. σ相脆(cui)化
根據(ju)Fe-Cr相(xiang)(xiang)(xiang)圖,當(dang)(dang)鉻含(han)量在(zai)15%~70%(質量分數)范圍內,在(zai)500~800℃時(shi)(shi)存在(zai)σ相(xiang)(xiang)(xiang)。它是一種金(jin)屬間化合(he)物,當(dang)(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時(shi)(shi),無磁性(xing)(xing),具有四方晶(jing)格結構,屬高(gao)硬度(du)脆性(xing)(xing)相(xiang)(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)(xiang)首先(xian)產生于晶(jing)粒(li)邊(bian)界,呈鏈網或島狀,使鋼(gang)的硬度(du)提(ti)高(gao),卻顯著(zhu)降低(di)鋼(gang)的塑性(xing)(xing)、缺口韌性(xing)(xing)及耐蝕性(xing)(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相(xiang)(xiang)(xiang)的生成,C、N抑制其生成。提(ti)高(gao)鉻含(han)量將顯著(zhu)加(jia)(jia)速σ相(xiang)(xiang)(xiang)的形成。當(dang)(dang))=25%~30%的鋼(gang)在(zai)熱處理時(shi)(shi),冷(leng)卻速度(du)慢(man)就會有σ相(xiang)(xiang)(xiang)析出。焊接(jie)時(shi)(shi)長時(shi)(shi)間w(Cr)=25%-保溫能形成σ相(xiang)(xiang)(xiang),冷(leng)加(jia)(jia)工也會增(zeng)大σ相(xiang)(xiang)(xiang)的析出速度(du)。
σ相(xiang)可以通(tong)過加(jia)熱至800℃以上(shang)溫度,保溫一定時間使其溶解(jie)后快速冷(leng)至室溫,而得以消除。
4. 高溫脆性
普通高(gao)(gao)鉻鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(間隙元素(su)如碳、氮的含(han)量(liang)在中等以(yi)上時)加熱至(zhi)950~1000℃以(yi)上,急冷至(zhi)室溫(wen)(wen),其塑(su)性和缺口韌(ren)性顯(xian)著降(jiang)低,稱為高(gao)(gao)溫(wen)(wen)脆(cui)(cui)性。鉻含(han)量(liang)越高(gao)(gao),脆(cui)(cui)性越大。當(dang)w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼,經(jing)過1000℃的加熱并保溫(wen)(wen)10h,冷卻后在常溫(wen)(wen)下的彎曲角度為零。
這種脆性(xing)消除(chu)的辦法是,重新加熱(re)750~850℃,即可以恢復其塑性(xing)。
高(gao)溫脆(cui)性十(shi)分有害。在焊接、在進行950℃以上熱處理(li)或鑄(zhu)造(zao)工藝(yi)過程中,均會出現高(gao)溫脆(cui)性,同時耐蝕性也顯(xian)著降低。
產生高溫脆(cui)性(xing)的(de)基本原因是與碳(tan)(tan)、氮等間隙元素的(de)化合(he)物(wu)在晶(jing)界和晶(jing)內位(wei)錯(cuo)上的(de)析(xi)(xi)出有(you)關(guan)。降低鋼中(zhong)的(de)碳(tan)(tan)、氮含量,減(jian)少甚至避免碳(tan)(tan)、滲氮合(he)物(wu)的(de)沉(chen)淀析(xi)(xi)出,可以大(da)大(da)改善高溫脆(cui)性(xing)。
5. 晶(jing)間腐蝕敏感(gan)性
普通高(gao)(gao)鉻(ge)鐵(tie)素體不銹鋼在(zai)加(jia)熱過程中存在(zai)著475℃脆性(xing)(xing)、σ相(xiang)脆性(xing)(xing)和高(gao)(gao)溫(wen)脆性(xing)(xing)三(san)個脆化(hua)溫(wen)度(du)。由(you)于(yu)富鉻(ge)的(de)(de)α'相(xiang)、σ相(xiang)或(huo)碳(tan)滲氮合(he)物的(de)(de)析出(chu)等原因(yin),不僅引(yin)起(qi)脆化(hua),而且帶來(lai)晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)(shi)敏感性(xing)(xing),使其(qi)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)顯著降(jiang)低,尤其(qi)是當溫(wen)度(du)超(chao)過900~950℃而后快速(su)冷(leng)卻(que)時,具有十分敏感的(de)(de)晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)(shi)傾向。即使鋼中碳(tan)、氮含(han)量較低,如在(zai)自來(lai)水這樣弱的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)條(tiao)件下,經高(gao)(gao)溫(wen)空冷(leng)或(huo)在(zai)焊縫區也會(hui)發(fa)生晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)(shi)。
退火溫(wen)度過(guo)高,空冷時(shi)產(chan)生敏化,隨后(hou)酸洗(xi)時(shi),就會出現晶(jing)間腐蝕。
消除(chu)晶間腐蝕敏(min)感性(xing)的(de)辦法是(shi),把(ba)敏(min)化了(le)的(de)鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼用短時間重(zhong)新加熱(re)至700~850℃,并快速冷卻即可(ke)消除(chu)。
焊接或高溫淬火,因經過(guo)其(qi)脆(cui)化(hua)溫度區(qu)的時間短(duan)暫,故一般來不及出現(xian)脆(cui)化(hua)。
鐵素體不銹鋼的用(yong)途之(zhi)所以有(you)限(xian),與上述因素有(you)關(guan)。
鐵素體不銹鋼(gang)主(zhu)要用于化學工業,也可以作為耐高溫(wen)材料。

