硅是主要的耐蝕合(he)金(jin)元素之一。如高硅鑄鐵,耐蝕性雖好,因太脆影響其應用。我國60年代以來曾發展過一些無鎳Cr-Si系不銹鋼,共同缺點仍是脆性。但高硅(通常含2~4%Si)奧氏體不銹鋼卻具有優良的綜合性能,有些(超低碳鋼)甚至不亞于18-8不銹鋼的力學性能。早期的奧氏體高硅不銹鋼,如25-20型、18-8型(AISI302B)等一般含2%左右的硅。主要目的是增加高溫抗氧化性能。基本上屬于不銹耐熱(抗氧化)鋼范疇。自60年代以來,直接合成濃硝酸(98%HNO3)工業的普及發展和18-8型奧氏體不銹鋼應力腐蝕問題的日益突出,高硅奧氏體不銹鋼獲得迅速發展。所謂高硅型,一般指硅含量大于2%,最高約6%左右。因低于2%Si,對抗高溫氧化性和抗應力腐蝕作用不大;只有超過2%Si,才能完全消除非敏化態晶間腐蝕(如在濃硝酸中)。但過高的硅含量,則加工性能惡化,促進硅化物形成和使敏化態晶間腐蝕等不良影響加劇。
硅(gui)含量(liang)對(dui)Cr-Ni奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)作用比較(jiao)復(fu)雜。如在強(qiang)(qiang)(qiang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)介(jie)質(zhi)和其它成分控制(zhi)合理(li)的(de)(de)(de)(de)條件下,若<0.10%Si時,可(ke)基本(ben)消(xiao)除敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)(tai)、顯著改善非(fei)(fei)敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)(tai)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。普(pu)通(tong)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)一(yi)般硅(gui)含量(liang)多在0.7~1.0%的(de)(de)(de)(de)范圍內,正是(shi)非(fei)(fei)敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)(tai)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)最嚴重(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)敏(min)感區(qu)(參(can)見圖1-2-6)。對(dui)于強(qiang)(qiang)(qiang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)性介(jie)質(zhi),如98%濃硝(xiao)酸,幾乎(hu)所有的(de)(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)均(jun)由于介(jie)質(zhi)過強(qiang)(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)能(neng)力和鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)過鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)現象(xiang)而(er)不(bu)耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),即使非(fei)(fei)敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)(tai)(固溶態(tai)(tai)(tai))的(de)(de)(de)(de)高(gao)純不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)也(ye)無法(fa)避(bi)免晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。唯有硅(gui)含量(liang)高(gao)于2%的(de)(de)(de)(de)高(gao)硅(gui)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang),才能(neng)完全消(xiao)除非(fei)(fei)敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)(tai)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。但是(shi),隨著硅(gui)含量(liang)的(de)(de)(de)(de)提高(gao)(如通(tong)常的(de)(de)(de)(de)4%Si時),降低(di)了碳在奧氏體中(zhong)的(de)(de)(de)(de)固溶度,即使采(cai)取超低(di)碳也(ye)難以避(bi)免“敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)(tai)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)”。這(zhe)里所講的(de)(de)(de)(de)并不(bu)是(shi)由于貧鉻區(qu)引起的(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),而(er)是(shi)敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)處理(li)后因(yin)析出(chu)碳化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)等造(zao)成的(de)(de)(de)(de)選擇(ze)性晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。在98%濃硝(xiao)酸中(zhong),主要鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)元素是(shi)硅(gui)而(er)非(fei)(fei)鉻,貧鉻理(li)論已不(bu)適用。高(gao)硅(gui)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong),因(yin)添加穩定化(hua)(hua)(hua)(hua)元素形成G相、TiC(NbC)、鐵素體和σ相時也(ye)會(hui)發生(sheng)選擇(ze)性腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。在強(qiang)(qiang)(qiang)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)性介(jie)質(zhi)中(zhong)發生(sheng)的(de)(de)(de)(de)這(zhe)種晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(其機理(li)仍可(ke)進一(yi)步(bu)探討),嚴重(zhong)(zhong)阻礙(ai)了高(gao)硅(gui)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)推廣(guang)應用。
我(wo)國于(yu)60年(nian)代末,開始(shi)發(fa)展(zhan)耐濃(nong)硝酸腐蝕(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)高(gao)(gao)(gao)(gao)硅奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。通過查(cha)明其產(chan)生敏化(hua)(hua)態(tai)晶間腐蝕(shi)的原因,采取嚴(yan)格控制碳、磷等(deng)(甚至達高(gao)(gao)(gao)(gao)純級),適當降低鉻或添加(jia)鈮(在高(gao)(gao)(gao)(gao)硅鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)同鈦的作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)機理不(bu)同)等(deng)綜合改(gai)(gai)善(shan)(shan)途徑,使之獲得了(le)較好的解決。采用(yong)(yong)(yong)(yong)機械(xie)熱處理(改(gai)(gai)善(shan)(shan)添加(jia)鈮的高(gao)(gao)(gao)(gao)硅鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)G相的分布)和微(wei)合金化(hua)(hua)方(fang)法(fa),改(gai)(gai)善(shan)(shan)其熱加(jia)工等(deng)性能(neng),使這種鋼(gang)(gang)(gang)(gang)獲得了(le)推廣(guang)應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)。因含(han)(han)有(you)4%硅,均具有(you)優良的抗氯化(hua)(hua)物應(ying)力腐蝕(shi)性能(neng)(31)。同時,我(wo)國于(yu)70年(nian)代初,還開始(shi)發(fa)展(zhan)專門針(zhen)對(dui)耐應(ying)力腐蝕(shi)的高(gao)(gao)(gao)(gao)硅(2%Si)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和高(gao)(gao)(gao)(gao)鎳(>20%Ni)奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。總之,高(gao)(gao)(gao)(gao)硅奧(ao)氏體不(bu)銹(耐酸)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)近(jin)20多年(nian)來發(fa)展(zhan)迅速(su),并日益獲得推廣(guang)應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)。其鉻含(han)(han)量較寬,在8~25%,鎳為14~25%之間。高(gao)(gao)(gao)(gao)的硅含(han)(han)量提(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)在98%濃(nong)硝酸中(zhong)耐全面腐蝕(shi)性能(neng)(在稀硝酸中(zhong)正(zheng)相反)和抗氯化(hua)(hua)物應(ying)力腐蝕(shi)以及點腐蝕(shi)性能(neng)。硅含(han)(han)量過高(gao)(gao)(gao)(gao)也不(bu)利(li),我(wo)國多為4%Si,應(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)最廣(guang)的為00Cr14Ni14Si4(簡稱C4)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)。