按合金化方式,奧氏體不(bu)銹鋼可分為鉻鎳奧氏體不銹鋼和鉻錳奧氏體不銹鋼,前者是奧氏體不銹鋼主體。鉻鎳奧氏體不銹鋼具有良好的綜合力學性能、優良的冷熱加工工藝性能和焊接性能,特別是在多種腐蝕介質中具有優良的耐蝕性能。另外,這種不銹鋼還具有非鐵磁性和良好的低溫性能。因此,奧氏體不銹鋼獲得了最廣泛的應用。它的強度、硬度偏低,是它的不足之處。鉻錳氨(鉻錳鎳氨)奧氏體不銹鋼,除了鉻、錳外還有氮及適當的鎳,由于氮的固溶強化,這類不銹鋼可以達到相當高的強度。
隨著(zhu)鉻(ge)、鎳含(han)量的(de)變化(hua)和其他合金(jin)元素的(de)加入,以及受熱處理或冷變形的(de)影響(xiang),在(zai)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)基體(ti)(ti)上(shang)還會產生其他相(xiang),如鐵素體(ti)(ti)、馬氏(shi)體(ti)(ti)、碳化(hua)物(wu)、氮(dan)化(hua)物(wu)、金(jin)屬間相(xiang)等。鉻(ge)當量和鎳當量決定(ding)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)組織,當鉻(ge)當量偏高(gao)時,就會使(shi)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中含(han)有一定(ding)量的(de)鐵素體(ti)(ti)。這些少(shao)量的(de)鐵素體(ti)(ti)可以明顯提高(gao)奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐(nai)晶間腐蝕(shi)和應力腐蝕(shi)破裂性能。
鐵素體(ti)的出現(xian)也對奧氏體(ti)不銹鋼性(xing)能帶來不利(li)的影響,如熱(re)加工產(chan)生裂紋的傾向性(xing)增(zeng)大、耐孔蝕(shi)性(xing)下降、耐尿素生產(chan)等(deng)腐蝕(shi)環境中的腐蝕(shi)性(xing)能下降、容易形成脆性(xing)相等(deng)。
大部分常用(yong)鉻鎳(nie)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang),自高溫(wen)(wen)驟冷到(dao)室(shi)溫(wen)(wen)所(suo)獲(huo)得的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)基(ji)體(ti)(ti)組織是(shi)亞穩定的(de),當繼續(xu)冷卻到(dao)室(shi)溫(wen)(wen)以下的(de)更(geng)低(di)(di)溫(wen)(wen)度,或在經(jing)受冷變形時,就有一(yi)定量的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)轉變為馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)。奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中的(de)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)有兩(liang)種(zhong)形態:一(yi)種(zhong)是(shi)具有體(ti)(ti)心立方結構(gou)的(de)a'馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti),呈鐵磁(ci)性;另(ling)一(yi)種(zhong)叫ε相,具有密(mi)集立方結構(gou),為非(fei)鐵磁(ci)性。對于常用(yong)的(de)鉻鎳(nie)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang),如果只是(shi)由于冷卻,即(ji)使冷到(dao)-196℃,也不會產生馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)。但(dan)快冷到(dao)室(shi)溫(wen)(wen)特別是(shi)到(dao)低(di)(di)溫(wen)(wen)后再(zai)施(shi)以變形、則可能要產生馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)。
碳在高溫奧氏體中的溶解度是比較大的,當奧氏體鋼迅速冷卻到常溫時,碳的溶解度大大減小,使得碳以過飽和的形式固溶下來,若加熱到一定的溫度,并保溫足夠的時間,就會有碳化物析出。奧氏體不銹鋼中最常見的碳化物是M23C6型,其次有MC和M6C型。在不含鈦、鈮等強碳化物形成元素的奧氏體不銹鋼中,最主要的碳化物是M23C6,M23C6中的M主要是鉻。M23C6具有復雜的面心立方結構,析出溫度范圍為400~950℃,最先析出的部位是鐵素體-奧氏體相界,往后依次是晶界、非共格李晶界及非金屬夾雜物邊界和共格李晶界、最后是晶內。降低含碳量,加入一些如鈦、鈮等強碳化物形成元素,優先在晶內形成顆粒狀的TiC、NbC,起穩定C作用,都會減少和減緩M23C6析出。另外氮的加入也會減緩M23C6的析出。金屬間相常見的σ相,將在以后專門介紹。
鉻(ge)(ge)(ge)是(shi)(shi)奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)主(zhu)要(yao)的(de)(de)(de)(de)合(he)金元(yuan)(yuan)素(su),它是(shi)(shi)鋼(gang)中的(de)(de)(de)(de)鐵素(su)體(ti)形成元(yuan)(yuan)素(su)。鉻(ge)(ge)(ge)對奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)性(xing)能(neng)(neng)影響最大的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)耐蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)。奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)隨著鉻(ge)(ge)(ge)量增(zeng)加,耐硝酸等氧(yang)(yang)化(hua)性(xing)酸腐(fu)(fu)蝕(shi)和(he)高溫抗(kang)氧(yang)(yang)化(hua)、硫化(hua)性(xing)能(neng)(neng)提(ti)高;在鎳以(yi)及(ji)鉬和(he)銅的(de)(de)(de)(de)復(fu)合(he)作用下,鉻(ge)(ge)(ge)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加能(neng)(neng)提(ti)高鋼(gang)耐一(yi)些(xie)還(huan)原性(xing)介質、有機物、尿素(su)和(he)堿介質的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng);鉻(ge)(ge)(ge)提(ti)高了鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)耐局部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng),如耐晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)、孔(kong)蝕(shi)、縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)以(yi)及(ji)某些(xie)條件下的(de)(de)(de)(de)應力腐(fu)(fu)蝕(shi)破裂性(xing)能(neng)(neng)。
鎳是奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)主要的(de)奧(ao)氏體形成元素,通過增(zeng)加(jia)(jia)鎳可以(yi)獲(huo)得完全(quan)奧(ao)氏體組織,使鋼(gang)具有(you)良(liang)好的(de)塑(su)韌性(xing)(xing)(xing)和(he)低溫韌性(xing)(xing)(xing),并且具有(you)優良(liang)的(de)冷熱加(jia)(jia)工(gong)工(gong)藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)焊(han)接性(xing)(xing)(xing)能(neng);鎳提高(gao)了(le)奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)表面膜(mo)的(de)穩定性(xing)(xing)(xing),增(zeng)加(jia)(jia)了(le)抗高(gao)溫氧化性(xing)(xing)(xing)能(neng);隨鎳量提高(gao),耐氯(lv)化物應力腐(fu)蝕(shi)破(po)裂性(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)耐還原性(xing)(xing)(xing)酸的(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)增(zeng)加(jia)(jia)。
氮是非常強烈的(de)(de)(de)奧(ao)氏體形成元(yuan)素。氮正日(ri)益成為(wei)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)重要(yao)合(he)金(jin)元(yuan)素,氮的(de)(de)(de)作用(yong)除代替部分(fen)昂貴(gui)的(de)(de)(de)鎳外,主要(yao)是作為(wei)固溶強化元(yuan)素提高奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)強度,而并(bing)不(bu)(bu)顯著(zhu)降低鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)塑(su)韌性;氮提高奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐晶間(jian)腐蝕(shi)、孔蝕(shi)、縫隙腐蝕(shi)性能。近年來,用(yong)氮合(he)金(jin)化的(de)(de)(de)奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)研究開發取得了較(jiao)大的(de)(de)(de)進展,目前應用(yong)的(de)(de)(de)含氮奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)可(ke)分(fen)為(wei)控氮型(xing)(N=0.05%~0.10%)、中氮型(xing)(N=0.10%~0.40%)和高氮型(xing)(N大于0.4%)三(san)種。
鉬(mu)是(shi)鋼(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)鐵素體(ti)形成元素,隨鉬(mu)量的(de)(de)(de)加人和提高(gao),附(fu)還原(yuan)性(xing)(xing)酸(suan)(suan)(suan)和耐孔(kong)蝕(shi)(shi)、縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)增(zeng)(zeng)加,鉬(mu)還能(neng)提高(gao)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)高(gao)溫強度。鋼(gang)(gang)(gang)中含銅(tong)能(neng)顯著(zhu)提高(gao)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)耐還原(yuan)性(xing)(xing)介質的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng),如耐硫酸(suan)(suan)(suan)、磷酸(suan)(suan)(suan)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng),特別是(shi)鉬(mu)、銅(tong)復合合金化時(shi),效果更(geng)獎出。硅(gui)能(neng)增(zeng)(zeng)加鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)抗(kang)高(gao)溫氧化性(xing)(xing)能(neng);一定的(de)(de)(de)含硅(gui)量,對提高(gao)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)耐氯化物應力腐(fu)蝕(shi)(shi)、耐濃硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)和濃硫酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi),如含硅(gui)量在4%時(shi),可耐發煙(yan)硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)腐(fu)蝕(shi)(shi);硅(gui)對硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)級(ji)、尿素級(ji)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)是(shi)非常有害的(de)(de)(de),必須嚴格控制。