鉬是除鉻、鎳之外不銹鋼(gang)中另一個重要的元素。鉻鎳奧氏體不銹鋼一般僅用于要求不銹性和耐氧化性介質的條件下,鉬的加入,極大地改變了奧氏體不銹鋼的組織和服役性能,尤其是耐蝕性。



  鉬是鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)元素(su),其(qi)能力和(he)(he)鉻(ge)相當,因此在含(han)鉬奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中,為保(bao)持奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性,鎳含(han)量較(jiao)鉻(ge)鎳奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)高(gao)。鉬的(de)(de)(de)(de)加入,除了(le)對(dui)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)和(he)(he)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)平衡的(de)(de)(de)(de)影(ying)響之(zhi)外,對(dui)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)帶來組(zu)(zu)織(zhi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)更大的(de)(de)(de)(de)影(ying)響是顯(xian)(xian)著促進(jin)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中金(jin)(jin)屬間(jian)(jian)相的(de)(de)(de)(de)形成(cheng),比如σ相、x相、Laves相等,將極大地降(jiang)低(di)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)熱穩(wen)定性,增(zeng)加鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)脆化敏感性,進(jin)而導致鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)塑韌(ren)性、耐(nai)蝕性、冷(leng)成(cheng)型(xing)性和(he)(he)焊接性的(de)(de)(de)(de)降(jiang)低(di)。隨著鉬含(han)量的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加,對(dui)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)組(zu)(zu)織(zhi)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響更加明(ming)顯(xian)(xian),尤其(qi)是在超級(ji)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中。對(dui)于4%以上(shang)鉬含(han)量的(de)(de)(de)(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang),為保(bao)證組(zu)(zu)織(zhi)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定性,避免金(jin)(jin)屬間(jian)(jian)相的(de)(de)(de)(de)析出,均要求(qiu)在更高(gao)的(de)(de)(de)(de)溫度和(he)(he)更長的(de)(de)(de)(de)保(bao)溫時(shi)間(jian)(jian)固溶處理以充分消融金(jin)(jin)屬間(jian)(jian)相。



  鉬(mu)作為一(yi)個較大(da)的(de)原(yuan)子,通(tong)過固溶(rong)強化可提(ti)高包括(kuo)高溫強度(du)等不銹(xiu)鋼(gang)的(de)強度(du),并改善奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)高溫持久和蠕變性能。但是鉬(mu)的(de)加(jia)入使鋼(gang)的(de)高溫變形(xing)抗力增加(jia),尤其是當(dang)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中因鉬(mu)的(de)加(jia)入存在少(shao)量8鐵素體(ti)時,其熱加(jia)工性、熱成型性明顯低于(yu)鉻(ge)鎳(nie)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)。



  與(yu)不含(han)(han)鉬(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)(de)不銹鋼(gang)(gang)相(xiang)比,含(han)(han)鉬(mu)(mu)(mu)不銹鋼(gang)(gang)通常(chang)(chang)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)更(geng)(geng)好,常(chang)(chang)應用(yong)于(yu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)更(geng)(geng)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)環境如化工(gong)設備或海洋用(yong)途。鉬(mu)(mu)(mu)主要(yao)提(ti)升不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)還原(yuan)性(xing)介(jie)質的(de)(de)(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing),尤其是(shi)點(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),其耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)是(shi)鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)(de)3.5倍。含(han)(han)鉬(mu)(mu)(mu)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)再(zai)鈍化能(neng)(neng)(neng)力(li)顯著強(qiang)于(yu)鉻(ge)(ge)鎳不銹鋼(gang)(gang)。研究(jiu)表明,鉬(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)(de)作用(yong)僅(jin)當鋼(gang)(gang)中含(han)(han)有較高鉻(ge)(ge)含(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)時候才有效。這是(shi)因(yin)(yin)為鉬(mu)(mu)(mu)能(neng)(neng)(neng)顯著促進鉻(ge)(ge)在鈍化膜中的(de)(de)(de)(de)富集,從(cong)而增強(qiang)不銹鋼(gang)(gang)鈍化膜的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing),顯著強(qiang)化鋼(gang)(gang)中鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)作用(yong),從(cong)而大幅提(ti)高奧氏體不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)。由(you)于(yu)鉬(mu)(mu)(mu)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)是(shi)和(he)鉻(ge)(ge)協同作用(yong)的(de)(de)(de)(de)結果(guo),因(yin)(yin)此在研究(jiu)含(han)(han)鉬(mu)(mu)(mu)不銹鋼(gang)(gang)時,往往需要(yao)尋(xun)找鉻(ge)(ge)、鉬(mu)(mu)(mu)含(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)平(ping)衡,以(yi)找到(dao)最(zui)佳耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)分(fen)組合。此外,鉬(mu)(mu)(mu)形成(cheng)鉬(mu)(mu)(mu)酸鹽后可以(yi)起到(dao)緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)劑的(de)(de)(de)(de)作用(yong)。



  在Cr-Ni-Mo奧氏體不銹鋼合金體系中,廣為人知的當屬17Cr-12Ni-2Mo,即316系列。06Cr17Ni12Mo2(316)屬于奧氏體不銹鋼,具有良好的強度、塑韌性和冷成型性及良好的低溫性能。由于在18-8型基礎上加入2%鉬,因而具有更好的耐還原性介質和耐點蝕、縫隙腐蝕的能力,在各種有機酸、無機酸、堿、鹽類(如亞硫酸、硫酸、磷酸、醋酸、甲酸、鹵素鹽等)、海水中均具有較好的耐蝕性。022Cr17Ni12Mo2(316L)是在06Cr17Ni12Mo2基礎上發展的超低碳奧氏體不銹鋼,為平衡組織穩定,鎳含量更高。和06Cr17Ni12Mo2相比,022Cr17Ni12Mo2 具有更好的耐敏化態晶間腐蝕性能,適于制造厚截面尺寸的焊接部件和設備。上述兩種奧氏體不銹鋼是制造合成纖維、石油化工、紡織、化肥、造紙、印染及原子能工業用設備的重要耐蝕材料。



  采用氮合金化技術,在06Cr17Ni12Mo2 和022Cr17Ni12Mo2 基礎上,發展了06Cr17Ni12Mo2N(316N)和022Cr17Ni12Mo2N(316LN)奧氏體不銹鋼,氮含量一般控制在0.10%~0.25%范圍內,既利用了氮的有益作用,又防止氮化物等有害相的析出。氮的加入,進一步提高了不銹鋼的強度,同時仍保持較高的塑韌性水平。在耐蝕性方面,除仍保留原始鋼種的耐蝕特點外,氮的加入改善了鋼的耐局部腐蝕性能,如耐點蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕性能均得到不同程度的提高。奧氏體不銹鋼的冶金生產工藝性能基本和原始鋼種一致,易于生產板、管、絲、帶、鍛件、型材等冶金產品。在不含氮鋼種的強度稍顯不足的應用領域,此兩鋼種是最佳候選材料。



  含氮(dan)、含鉬的(de)Cr-Ni-Mo奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼,由于兼具強度和(he)(he)(he)耐蝕(shi)性,在核(he)電一回路(lu)管(guan)(guan)(guan)道系(xi)統(tong)普遍使用。核(he)電一回路(lu)系(xi)統(tong)是由主(zhu)管(guan)(guan)(guan)道(反(fan)(fan)應堆冷(leng)卻劑系(xi)統(tong))及(ji)(ji)多個高(gao)(gao)能輔(fu)助系(xi)統(tong)(如(ru)壓(ya)力安(an)全(quan)系(xi)統(tong)、余熱排出(chu)系(xi)統(tong)、安(an)全(quan)注射系(xi)統(tong))組成。一回路(lu)系(xi)統(tong)的(de)管(guan)(guan)(guan)道在反(fan)(fan)應堆運行期間的(de)工作條件十分苛刻(ke),除了(le)承受(shou)各種載(zai)荷組合和(he)(he)(he)低周、高(gao)(gao)頻(pin)疲勞(lao)所引起的(de)機械損傷外,還將(jiang)承受(shou)反(fan)(fan)應堆冷(leng)卻劑介質的(de)高(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)壓(ya)、高(gao)(gao)流速(su)及(ji)(ji) 海(hai)洋環境(jing)造成的(de)氯離子腐蝕(shi)的(de)危(wei)害。作為重要的(de)核(he)級管(guan)(guan)(guan)道部(bu)件,一回路(lu)系(xi)統(tong)管(guan)(guan)(guan)道材料均選用具有優異(yi)的(de)耐晶間腐蝕(shi)性能、良好(hao)的(de)抗(kang)疲勞(lao)性能和(he)(he)(he)焊接性能的(de)Cr-Ni-Mo奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼。



  為(wei)進一步提高(gao)Cr-Ni-Mo奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)還原性(xing)(xing)(xing)介質(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing),發展了含銅的(de)(de)(de)(de)Cr-Ni-Mo奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang),如(ru)00Cr18Ni14Mo2Cu2、00Cr20Ni25Mo4.5Cu等。銅能(neng)顯著提高(gao)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)對(dui)還原性(xing)(xing)(xing)介質(zhi)如(ru)硫(liu)酸(suan)、磷酸(suan)等的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing),當用鉬和(he)銅復合合金化時,效果更加突出。在(zai)高(gao)溫(wen)濃(nong)硫(liu)酸(suan)中(zhong),高(gao)硅不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)則更加優異,如(ru)00Cr17Ni17Si6、00Cr18Ni20Si6MoCu 和(he)00Cr11Ni22Si6Mo2Cu。00Cr11Ni22Si6Mo2Cu為(wei)我(wo)國于(yu)20世紀(ji)90年代(dai)自主研發的(de)(de)(de)(de)專利牌號(hao)SS920。此(ci)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)最(zui)大特點是在(zai)高(gao)溫(wen)濃(nong)硫(liu)酸(suan)中(zhong)具有(you)優異的(de)(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing),在(zai)130℃、96%硫(liu)酸(suan)中(zhong),鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)(shi)速率小于(yu)0.05毫米/年。此(ci)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)冷、熱成  型性(xing)(xing)(xing)能(neng)良好,可生(sheng)產(chan)(chan)板、管(guan)、絲(si)、帶、鍛件、鑄(zhu)件等冶金產(chan)(chan)品。



  022Cr17Ni12Mo2不銹鋼是在06Cr17Ni12Mo2不銹鋼的基礎上降低碳含量得到的一種耐腐蝕性能良好的Cr-Ni-Mo型超低碳不銹鋼。其耐腐蝕性、耐晶間腐蝕性能和高溫力學性能良好,是目前奧氏體不銹鋼應用最為廣泛的鋼種之一。022Cr19Ni13Mo3不銹鋼也是應用較為廣泛的一種Cr-Ni-Mo不銹鋼,具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械特性,適合用于食品的加工、儲存和運輸等。



  表2-1-3給出了(le)Cr-Ni-Mo(Mo≤4%)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼的化學成(cheng)分(fen)。


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