長期以來,鋼中氫、氧、氮被人們認為是有害的氣體。但是,就目前所知,在不銹鋼中氫、氧有害,但氮在一些不銹鋼中的有益作用則遠遠大于它的不利影響(見合金元素對不銹鋼組織和性能的影響)。
一、氫
氫在不銹鋼中有幾個和十幾個ppm(10-6)的固溶度,而且在奧氏體鋼中的固溶度要大于在鐵素體鋼中的。
當(dang)氫超過鋼(gang)(gang)中(zhong)固溶度時(shi),鋼(gang)(gang)在凝固過程中(zhong)會有(you)氣泡形(xing)成。嚴重時(shi),會引起鋼(gang)(gang)錠上漲或連(lian)鑄坯(pi)中(zhong)產生氣泡,較輕(qing)時(shi)氫致細小(xiao)氣泡會在熱加(jia)工(gong)過程中(zhong)延伸而形(xing)成裂紋(wen)(wen)。此時(shi)進行塔形(xing)發(fa)紋(wen)(wen)檢查,常常會因(yin)發(fa)紋(wen)(wen)不合格而判(pan)廢。圖9.4系(xi)鋼(gang)(gang)中(zhong)氫量對不銹鋼(gang)(gang)連(lian)鑄坯(pi)氣泡的影響。
即使(shi)鋼(gang)(gang)中(zhong)僅殘留少量、微細(xi)的(de)發紋,也會引起不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)塑、韌性下(xia)降(jiang),而鋼(gang)(gang)的(de)耐疲勞(lao)性能降(jiang)低尤為明顯。這與發紋在交變應力作用下(xia)成為了疲勞(lao)源有關。
為使連鑄板坯不產生氫致氣泡,有的生產廠提出鐵素體鉻不銹鋼[H]≤6×10-6,鉻鎳奧氏體鋼。但有的廠家提出,在不銹鋼小方坯連鑄中,希望鋼中[H]≤2×10-6 或 ≤3×10-6 。
研(yan)究氫(qing)在(zai)1Cr18Ni9Ti不銹鋼中的(de)(de)(de)分布表明(ming),氫(qing)在(zai)晶界處的(de)(de)(de)濃度要比晶內高3~4cm3/100g。氫(qing)在(zai)鋼內的(de)(de)(de)不均勻分布,使鋼晶界的(de)(de)(de)塑性特征(zheng)值(δ、φ和Ak)比晶內相應的(de)(de)(de)特征(zheng)值低(di)20%~25%。
氫對Fe-Cr 合金電位影響的研究表明(圖9.5),鋼中含氫后,Fe-Cr合金的電位下降,說明合金的耐腐蝕能力降低。實驗和曲線表明:在介質中有微量H2S存在的條件下,傳統馬氏體不銹鋼易產生氫脆(SCC);而超級馬氏體不銹鋼只能在含有極低量H2S的油氣井條件下使用。
氫(qing)還可引(yin)起(qi)奧氏體不銹鋼的組織(zhi)結構產(chan)生變化。
二、氧(yang)
目前不銹鋼的(de)冶(ye)煉與氧(yang)(yang)密(mi)切相關(guan)。氧(yang)(yang)化期是通(tong)過(guo)氧(yang)(yang)的(de)作用把爐料中(zhong)(zhong)殘(can)存的(de)和過(guo)多的(de)元素(例如碳)去掉;還原(yuan)和精煉過(guo)程則是將(jiang)前一階段(duan)氧(yang)(yang)化了的(de)有用的(de)金屬元素(例如鐵、鉻等)還原(yuan)回到鋼中(zhong)(zhong),最后(hou)再(zai)將(jiang)鋼中(zhong)(zhong)氧(yang)(yang)盡量去除;殘(can)余氧(yang)(yang)在鋼中(zhong)(zhong)是有害的(de),而且(qie)主要是通(tong)過(guo)氧(yang)(yang)化物夾(jia)雜的(de)形式而表(biao)現出(chu)來。
在正確的(de)(de)脫氧條件下(xia),不銹(xiu)鋼(gang)中的(de)(de)氧含量應≤0.03%;對(dui)鋼(gang)的(de)(de)純凈度要求高的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang),鋼(gang)中氧量越低越好(hao)。
三(san)、氮
氮(dan)在(zai)不銹(xiu)鋼中(zhong)對組(zu)織(zhi)和性能(neng)(neng)的影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)已如前述(見本書(shu)中(zhong)合金(jin)元素對不銹(xiu)鋼組(zu)織(zhi)和性能(neng)(neng)的影(ying)(ying)響(xiang)(xiang))。