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. 脆性轉變溫(wen)度和(he)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(zao)成缺(que)口敏感性(xing)大(da)和脆性(xing)轉變溫度高的主要(yao)原因是,鋼中間隙元素,尤(you)其是碳、氮和氧等含量較高,并與其化合物沉淀相關。這些(xie)夾雜物和析出相往往處于應力集中處和裂紋起源處。



2. 475℃脆性(xing)


   通常鐵(tie)素體(ti)不銹(xiu)鋼加熱(re)至高(gao)溫(wen),基本上不出(chu)現奧氏(shi)(shi)體(ti)相變,因此很難經淬火轉變成馬氏(shi)(shi)體(ti)而產(chan)生明顯(xian)(xian)(xian)強化。但經處理(li)后,能夠明顯(xian)(xian)(xian)提高(gao)強度和硬(ying)度,而塑性和沖擊韌度卻明顯(xian)(xian)(xian)降低。


   鉻含(han)量超過(guo)12%的(de)(de)(de)鐵(tie)素體不銹鋼,加(jia)熱至340~540℃時,經一定時間后,鋼的(de)(de)(de)硬度(du)(du)增加(jia),沖擊(ji)韌度(du)(du)顯著降低,尤(you)其是在(zai)475℃時最為(wei)嚴重(zhong),因此(ci)稱為(wei)475℃脆(cui)性。產生475℃脆(cui)性的(de)(de)(de)基本原因是由于(yu)一種(zhong)富(fu)鉻(uw(Cr)=61%~83%))的(de)(de)(de)α'相(xiang)的(de)(de)(de)沉淀析出所(suo)致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等(deng)元素促進(jin)475℃脆(cui)性。α'相(xiang)的(de)(de)(de)析出不僅帶來脆(cui)性,而且顯著降低鐵(tie)素體不銹鋼的(de)(de)(de)耐蝕性。



3. σ相脆化


   根據Fe-Cr相圖,當鉻含量在15%~70%(質量分數)范圍內(nei),在500~800℃時(shi)存(cun)在σ相。它是(shi)一種金屬間(jian)化合(he)物,當w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無磁性,具有四方晶(jing)格結構,屬高硬(ying)度(du)脆性相。σ相首先產生(sheng)于晶(jing)粒邊界,呈(cheng)鏈網(wang)或島狀,使鋼(gang)的硬(ying)度(du)提(ti)高,卻顯(xian)著降低(di)鋼(gang)的塑性、缺口韌性及耐蝕性。Mo、Si、Ni、Mn等促進(jin)σ相的生(sheng)成(cheng),C、N抑制其生(sheng)成(cheng)。提(ti)高鉻含量將顯(xian)著加(jia)速σ相的形(xing)成(cheng)。當)=25%~30%的鋼(gang)在熱處理時(shi),冷(leng)卻速度(du)慢(man)就(jiu)會有σ相析出。焊接時(shi)長時(shi)間(jian)w(Cr)=25%-保溫能形(xing)成(cheng)σ相,冷(leng)加(jia)工也(ye)會增大(da)σ相的析出速度(du)。


   σ相可以(yi)通過加熱至800℃以(yi)上溫度,保溫一(yi)定(ding)時間使其(qi)溶解(jie)后快速冷(leng)至室溫,而得(de)以(yi)消除。



4. 高溫脆性


   普通高鉻鐵素(su)體不(bu)銹鋼(間(jian)隙元素(su)如碳、氮的含量(liang)在中等以上時)加熱至950~1000℃以上,急冷至室溫,其塑性(xing)和(he)缺口韌(ren)性(xing)顯著(zhu)降低,稱為高溫脆性(xing)。鉻含量(liang)越高,脆性(xing)越大。當(dang)w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼,經過1000℃的加熱并保(bao)溫10h,冷卻后在常(chang)溫下的彎曲角度為零。


   這種脆性(xing)消除的辦法是(shi),重(zhong)新加熱(re)750~850℃,即可以恢復其塑性(xing)。


   高溫脆性(xing)十分有害。在焊接、在進行(xing)950℃以上(shang)熱處理或(huo)鑄(zhu)造工藝(yi)過(guo)程中(zhong),均會出現(xian)高溫脆性(xing),同時耐蝕性(xing)也(ye)顯(xian)著降低。


   產生高溫脆性的基本原(yuan)因(yin)是與(yu)碳(tan)、氮等間隙元素的化合(he)(he)物在晶(jing)界和晶(jing)內(nei)位(wei)錯上的析出有關(guan)。降低鋼(gang)中的碳(tan)、氮含(han)量,減少(shao)甚至避免碳(tan)、滲氮合(he)(he)物的沉淀(dian)析出,可以(yi)大(da)大(da)改善高溫脆性。



5. 晶(jing)間腐蝕敏感(gan)性


   普(pu)通高鉻(ge)(ge)鐵素體(ti)不(bu)銹鋼(gang)(gang)在加熱(re)過(guo)程中存在著475℃脆性、σ相(xiang)脆性和高溫(wen)脆性三個脆化溫(wen)度(du)。由于富(fu)鉻(ge)(ge)的α'相(xiang)、σ相(xiang)或碳滲氮合物的析出等(deng)原因,不(bu)僅引起脆化,而且(qie)帶(dai)來(lai)晶(jing)(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)敏感性,使其耐蝕(shi)性顯著降低,尤其是(shi)當溫(wen)度(du)超(chao)過(guo)900~950℃而后快速冷卻時,具有十分敏感的晶(jing)(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)傾向。即使鋼(gang)(gang)中碳、氮含量較(jiao)低,如在自來(lai)水這樣弱的腐(fu)(fu)蝕(shi)條件下(xia),經高溫(wen)空冷或在焊縫區(qu)也會發生晶(jing)(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)。


   退火溫度過高,空冷時產生(sheng)敏化(hua),隨后酸(suan)洗時,就會出現晶間腐蝕。


   消除晶間腐蝕敏感性的(de)辦法是,把敏化了(le)的(de)鐵素體不(bu)銹鋼用短(duan)時間重(zhong)新加(jia)熱至700~850℃,并快速冷卻(que)即可消除。


   焊(han)接或高溫淬火,因經(jing)過其(qi)脆化(hua)溫度區(qu)的時間短(duan)暫,故(gu)一般來(lai)不及出現脆化(hua)。


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


   鐵(tie)素體不銹鋼主要用于化(hua)學(xue)工業,也可(ke)以作為耐高(gao)溫材料(liao)。





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