鐵素體不銹鋼中,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(cui)性轉(zhuan)變溫(wen)度(du)和缺口敏感(gan)性


    鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體不(bu)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。


   造成缺口敏感(gan)性(xing)大和(he)脆性(xing)轉變溫度高(gao)的主要原因是(shi),鋼中(zhong)間隙元素,尤其是(shi)碳、氮和(he)氧等(deng)含量較高(gao),并與其化合物沉淀相(xiang)關。這些(xie)夾雜(za)物和(he)析出相(xiang)往(wang)(wang)往(wang)(wang)處于(yu)應力集中(zhong)處和(he)裂(lie)紋起源(yuan)處。



2. 475℃脆性


   通(tong)常鐵素體(ti)不(bu)銹鋼加熱至高溫,基本上不(bu)出現奧(ao)氏體(ti)相變,因(yin)此很難(nan)經淬(cui)火(huo)轉變成馬氏體(ti)而產生明顯(xian)強(qiang)(qiang)化。但經處理后,能夠明顯(xian)提高強(qiang)(qiang)度(du)和硬(ying)度(du),而塑性和沖擊韌(ren)度(du)卻明顯(xian)降(jiang)低。


   鉻(ge)含(han)量(liang)超過(guo)12%的(de)(de)鐵素(su)體不銹鋼(gang),加熱(re)至340~540℃時,經一定(ding)時間(jian)后,鋼(gang)的(de)(de)硬度增加,沖擊(ji)韌度顯著(zhu)降低,尤其是在475℃時最為(wei)嚴重,因此稱(cheng)為(wei)475℃脆性(xing)。產生475℃脆性(xing)的(de)(de)基本原因是由于一種(zhong)富鉻(ge)(uw(Cr)=61%~83%))的(de)(de)α'相的(de)(de)沉淀析(xi)出所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素(su)促進475℃脆性(xing)。α'相的(de)(de)析(xi)出不僅帶來(lai)脆性(xing),而且(qie)顯著(zhu)降低鐵素(su)體不銹鋼(gang)的(de)(de)耐蝕性(xing)。



3. σ相(xiang)脆化(hua)


   根據Fe-Cr相圖,當(dang)鉻(ge)含量在(zai)15%~70%(質量分(fen)數)范圍內,在(zai)500~800℃時存在(zai)σ相。它是一(yi)種金屬(shu)間(jian)化(hua)合物(wu),當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時,無磁性,具有四方晶格結(jie)構,屬(shu)高硬度(du)脆(cui)性相。σ相首先(xian)產生(sheng)(sheng)于晶粒(li)邊(bian)界,呈(cheng)鏈網或島狀,使鋼(gang)的(de)硬度(du)提高,卻顯著降低(di)鋼(gang)的(de)塑性、缺口韌性及耐蝕性。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相的(de)生(sheng)(sheng)成,C、N抑制其生(sheng)(sheng)成。提高鉻(ge)含量將顯著加(jia)速(su)σ相的(de)形成。當(dang))=25%~30%的(de)鋼(gang)在(zai)熱處理時,冷(leng)卻速(su)度(du)慢(man)就會(hui)有σ相析出(chu)。焊接時長時間(jian)w(Cr)=25%-保溫能形成σ相,冷(leng)加(jia)工(gong)也會(hui)增大σ相的(de)析出(chu)速(su)度(du)。


   σ相可以通過加熱(re)至800℃以上溫(wen)度,保(bao)溫(wen)一定時間使其溶解后快(kuai)速冷至室溫(wen),而得以消除。



4. 高溫脆(cui)性


   普(pu)通高(gao)鉻鐵(tie)素體(ti)不銹(xiu)鋼(間隙元素如碳、氮的(de)(de)含量在(zai)中等以(yi)上時)加熱至950~1000℃以(yi)上,急冷至室(shi)溫,其塑(su)性和缺口韌性顯著降低,稱為高(gao)溫脆性。鉻含量越高(gao),脆性越大(da)。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)(de)鋼,經過1000℃的(de)(de)加熱并(bing)保溫10h,冷卻后在(zai)常溫下(xia)的(de)(de)彎曲角度為零(ling)。


   這種脆性(xing)消(xiao)除的(de)辦法是(shi),重新加熱750~850℃,即可(ke)以恢復(fu)其塑性(xing)。


   高溫脆性十分(fen)有害。在焊接(jie)、在進(jin)行950℃以上熱(re)處理(li)或鑄造工藝過程中,均會出現高溫脆性,同時耐蝕性也顯著降低。


   產生高溫脆性的(de)基(ji)本(ben)原因是與(yu)碳、氮(dan)(dan)等(deng)間(jian)隙元素的(de)化合物(wu)在晶(jing)界(jie)和晶(jing)內(nei)位錯上的(de)析出(chu)有關。降低鋼中的(de)碳、氮(dan)(dan)含(han)量,減少甚至避(bi)免碳、滲(shen)氮(dan)(dan)合物(wu)的(de)沉淀析出(chu),可以大大改善(shan)高溫脆性。



5. 晶間(jian)腐蝕(shi)敏感性(xing)


   普通高(gao)鉻(ge)鐵素體不銹鋼在(zai)加熱過程中存在(zai)著475℃脆性、σ相脆性和高(gao)溫(wen)脆性三個(ge)脆化溫(wen)度。由(you)于(yu)富鉻(ge)的(de)α'相、σ相或碳滲氮合物的(de)析出等原因(yin),不僅引起脆化,而且帶來晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)敏感性,使(shi)其耐蝕(shi)性顯著降低(di),尤其是(shi)當溫(wen)度超過900~950℃而后快速冷卻時,具有十(shi)分敏感的(de)晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)傾(qing)向。即使(shi)鋼中碳、氮含量較低(di),如在(zai)自來水這(zhe)樣弱的(de)腐(fu)蝕(shi)條件下,經高(gao)溫(wen)空冷或在(zai)焊縫區也會發生晶(jing)間(jian)腐(fu)蝕(shi)。


   退火(huo)溫度過高,空冷時(shi)產生敏化(hua),隨后酸洗時(shi),就會出現晶間腐蝕。


   消除晶間(jian)腐蝕敏感性的辦法是,把敏化了的鐵素體不銹鋼(gang)用短時(shi)間(jian)重新加熱至(zhi)700~850℃,并快(kuai)速冷卻即可消除。


   焊接(jie)或高溫淬火,因(yin)經過其脆化溫度區的時間短(duan)暫,故一般來不及出現脆化。


   鐵素(su)體不銹(xiu)鋼的用途之所以有(you)限,與上(shang)述因素(su)有(you)關。


   鐵素體不銹鋼主要用于化學工(gong)業(ye),也可以作為(wei)耐高溫材料。





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