碳和氮在鐵素體不銹鋼(gang)中是不受歡迎的,因為它們除了能使鋼強化外,對鋼的其他各種性能都是不利的,如升高韌脆轉變溫度、增大缺口敏感性、降低焊后耐蝕性等。由于冶金技術的進步,目前工業規模上已可生產出超低碳、氮的高純(C+N含量不大于0.015%)鐵素體不銹鋼,使鐵素體不銹鋼的一些不足得到了很大程度的克服。
碳和氮(dan)都是(shi)擴大Fe-Cr合金(jin)中γ相區(qu)的(de)元素(su),使α+y兩相區(qu)向更(geng)高鉻含量方向移動(dong)(圖(tu)9.18和圖(tu)9.19),因而使碳、氮(dan)含量較高的(de)鐵素(su)體(ti)不銹鋼中可能(neng)出現鐵素(su)體(ti)+馬氏體(ti)的(de)雙相結(jie)構。
由于碳、氮在鐵(tie)(tie)素(su)體中(zhong)的溶解度很低,鐵(tie)(tie)素(su)體不(bu)銹鋼在高溫加熱后的隨后冷卻過程中(zhong)會有碳、氮化物析出,它們對(dui)鐵(tie)(tie)素(su)體不(bu)銹鋼的性能產生重(zhong)要的影響(xiang)。
碳、氮含量的增加將使(shi)鐵素體不銹鋼(gang)的沖(chong)擊韌性下(xia)降,特別(bie)是鋼(gang)中鉻含量高達(da)15%~18%時更為明顯,同時使(shi)鋼(gang)的韌脆轉變溫度明顯上移(yi),增加鋼(gang)的缺(que)口敏(min)感性。
鐵素體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中碳(tan)、氮含量的(de)增加也(ye)加強了鋼(gang)的(de)冷卻(que)(que)速率效應(ying)和尺寸效應(ying)。前者指隨冷卻(que)(que)速率的(de)不(bu)(bu)同,鋼(gang)的(de)韌(ren)性(xing)有(you)很(hen)大的(de)不(bu)(bu)同,后(hou)者是指隨截面尺寸的(de)變(bian)化,鋼(gang)的(de)韌(ren)性(xing)有(you)很(hen)大的(de)不(bu)(bu)同。
除碳、氮外(wai),鐵素體不銹鋼中的氧含量對其(qi)韌性也有類似(si)的影響。
碳、氮在鐵素體不銹鋼中存在的另一重要影響是使其具有很高的晶(jing)間(jian)腐蝕敏感性,其敏感程度隨鋼中C+N含量的增加而增加,其敏感程度遠高于一般18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼。圖9.36為含0.05%C的Cr17鋼與18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼碳化物沉淀與晶間腐蝕的溫度-時間曲線,圖中陰影部分為晶間腐蝕敏感區。
碳、氮在鐵素體中的溶解度低,而碳、鉻在α相中的擴散速率比在γ相中快得多,因此鐵素體不銹鋼在高溫加熱后的冷卻過程中,包括快速冷卻,極易析出碳化物和氮化物。其敏化行為與奧氏體不銹鋼不同,除了如圖9.36所示,在400~600℃區間,因析出Cr23C6而出現敏化區外,在1100℃以上的高溫區域也可以出現敏化區,這是由于從高溫冷卻過程中經過400~600℃生成Cr23C6所致。在兩個敏化區之間的700~850℃生成Cr23C6時,由于鉻的再擴散而補充了因形成Cr23C6所需要的Cr,因而不產生貧鉻區,敏化現象消失。
一些研究結果還指出,碳、氮在鐵素體不銹鋼中對耐一般腐蝕、耐點蝕(shi)、耐縫隙腐蝕、耐應(ying)力腐蝕(shi)等都是有害的。