按合金化方式,奧氏體不銹鋼可分為鉻鎳奧氏體不銹鋼和鉻錳奧氏體不銹鋼,前者是奧氏體不銹鋼主體。鉻鎳奧氏體不銹鋼具有良好的綜合力學性能、優良的冷熱加工工藝性能和焊接性能,特別是在多種腐蝕介質中具有優良的耐蝕性能。另外,這種不銹鋼還具有非鐵磁性和良好的低溫性能。因此,奧氏體不銹鋼獲得了最廣泛的應用。它的強度、硬度偏低,是它的不足之處。鉻錳氨(鉻錳鎳氨)奧氏體不銹鋼,除了鉻、錳外還有氮及適當的鎳,由于氮的固溶強化,這類不銹鋼可以達到相當高的強度。
隨著(zhu)鉻(ge)、鎳含量的(de)變(bian)化和其(qi)他(ta)合(he)金(jin)元(yuan)素(su)的(de)加(jia)入,以及(ji)受熱處理或冷變(bian)形(xing)的(de)影(ying)響(xiang),在奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)基體(ti)上還會產生其(qi)他(ta)相,如鐵素(su)體(ti)、馬氏(shi)體(ti)、碳化物、氮化物、金(jin)屬間相等。鉻(ge)當(dang)(dang)量和鎳當(dang)(dang)量決(jue)定(ding)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)組織,當(dang)(dang)鉻(ge)當(dang)(dang)量偏高時(shi),就會使奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)含有(you)一定(ding)量的(de)鐵素(su)體(ti)。這(zhe)些少量的(de)鐵素(su)體(ti)可以明顯提(ti)高奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼耐晶間腐蝕和應力腐蝕破裂性能。
鐵素(su)體的出現也對奧氏體不銹鋼性(xing)(xing)能(neng)(neng)帶(dai)來不利(li)的影響,如熱加工產(chan)生裂紋(wen)的傾向性(xing)(xing)增大、耐孔蝕性(xing)(xing)下降、耐尿素(su)生產(chan)等腐蝕環(huan)境中的腐蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)下降、容易形成脆性(xing)(xing)相(xiang)等。
大部分(fen)常用(yong)鉻鎳(nie)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼,自高溫(wen)驟(zou)冷(leng)到(dao)(dao)室溫(wen)所獲(huo)得的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)基體(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織是亞穩定(ding)的(de),當繼續冷(leng)卻(que)到(dao)(dao)室溫(wen)以(yi)(yi)下的(de)更低溫(wen)度(du),或在經受(shou)冷(leng)變(bian)形時,就有一定(ding)量的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)轉變(bian)為馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)。奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)有兩種形態:一種是具有體(ti)(ti)(ti)(ti)心(xin)立方(fang)結(jie)構的(de)a'馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti),呈鐵(tie)磁性;另一種叫(jiao)ε相(xiang),具有密(mi)集立方(fang)結(jie)構,為非鐵(tie)磁性。對于(yu)常用(yong)的(de)鉻鎳(nie)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼,如果只是由(you)于(yu)冷(leng)卻(que),即使冷(leng)到(dao)(dao)-196℃,也不(bu)會產(chan)(chan)生馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)。但(dan)快冷(leng)到(dao)(dao)室溫(wen)特別是到(dao)(dao)低溫(wen)后再施(shi)以(yi)(yi)變(bian)形、則可能要(yao)產(chan)(chan)生馬(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)。
碳在高溫奧氏體中的溶解度是比較大的,當奧氏體鋼迅速冷卻到常溫時,碳的溶解度大大減小,使得碳以過飽和的形式固溶下來,若加熱到一定的溫度,并保溫足夠的時間,就會有碳化物析出。奧氏體不銹鋼中最常見的碳化物是M23C6型,其次有MC和M6C型。在不含鈦、鈮等強碳化物形成元素的奧氏體不銹鋼中,最主要的碳化物是M23C6,M23C6中的M主要是鉻。M23C6具有復雜的面心立方結構,析出溫度范圍為400~950℃,最先析出的部位是鐵素體-奧氏體相界,往后依次是晶界、非共格李晶界及非金屬夾雜物邊界和共格李晶界、最后是晶內。降低含碳量,加入一些如鈦、鈮等強碳化物形成元素,優先在晶內形成顆粒狀的TiC、NbC,起穩定C作用,都會減少和減緩M23C6析出。另外氮的加入也會減緩M23C6的析出。金屬間相常見的σ相,將在以后專門介紹。
鉻(ge)(ge)是(shi)奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)主(zhu)要的(de)合金元(yuan)素(su)(su),它是(shi)鋼(gang)(gang)中的(de)鐵素(su)(su)體形成元(yuan)素(su)(su)。鉻(ge)(ge)對奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)影響最大(da)的(de)是(shi)耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)隨著鉻(ge)(ge)量增加,耐(nai)硝酸等氧化(hua)性(xing)(xing)(xing)酸腐蝕(shi)和高溫抗(kang)氧化(hua)、硫化(hua)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)提(ti)高;在鎳以(yi)及鉬和銅的(de)復合作(zuo)用下(xia),鉻(ge)(ge)的(de)增加能(neng)(neng)提(ti)高鋼(gang)(gang)耐(nai)一些還原性(xing)(xing)(xing)介質、有機物(wu)、尿素(su)(su)和堿介質的(de)腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng);鉻(ge)(ge)提(ti)高了鋼(gang)(gang)的(de)耐(nai)局部腐蝕(shi)的(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng),如耐(nai)晶間腐蝕(shi)、孔蝕(shi)、縫(feng)隙腐蝕(shi)以(yi)及某些條件下(xia)的(de)應力(li)腐蝕(shi)破裂性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)。
鎳(nie)是奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼主要(yao)的(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體形成元素,通過增(zeng)加(jia)(jia)(jia)鎳(nie)可以獲(huo)得完全奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體組織,使鋼具有(you)良好的(de)塑韌性(xing)(xing)(xing)和(he)低(di)溫(wen)韌性(xing)(xing)(xing),并且具有(you)優良的(de)冷熱(re)加(jia)(jia)(jia)工工藝性(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)焊(han)接(jie)性(xing)(xing)(xing)能(neng);鎳(nie)提高了奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼表面(mian)膜(mo)的(de)穩定性(xing)(xing)(xing),增(zeng)加(jia)(jia)(jia)了抗高溫(wen)氧化(hua)性(xing)(xing)(xing)能(neng);隨鎳(nie)量提高,耐氯化(hua)物應力(li)腐(fu)蝕(shi)破裂性(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)耐還原(yuan)性(xing)(xing)(xing)酸的(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)增(zeng)加(jia)(jia)(jia)。
氮(dan)是(shi)非常強(qiang)烈的(de)奧(ao)氏體(ti)形成元(yuan)(yuan)素。氮(dan)正(zheng)日(ri)益成為(wei)(wei)奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中的(de)重要合(he)金元(yuan)(yuan)素,氮(dan)的(de)作用(yong)除代替部(bu)分昂貴的(de)鎳外(wai),主要是(shi)作為(wei)(wei)固溶強(qiang)化(hua)元(yuan)(yuan)素提(ti)高奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)強(qiang)度,而(er)并(bing)不顯(xian)著降低鋼(gang)(gang)(gang)的(de)塑韌性(xing);氮(dan)提(ti)高奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)耐晶間腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕性(xing)能。近年(nian)來(lai),用(yong)氮(dan)合(he)金化(hua)的(de)奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)研究(jiu)開發取得了較大的(de)進(jin)展,目前應用(yong)的(de)含氮(dan)奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)可分為(wei)(wei)控(kong)氮(dan)型(xing)(N=0.05%~0.10%)、中氮(dan)型(xing)(N=0.10%~0.40%)和高氮(dan)型(xing)(N大于(yu)0.4%)三種。
鉬(mu)是(shi)鋼(gang)中(zhong)的(de)鐵素(su)體形成元素(su),隨(sui)鉬(mu)量的(de)加人和提(ti)(ti)高,附還(huan)原(yuan)性(xing)(xing)酸(suan)和耐(nai)(nai)孔蝕(shi)(shi)、縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能增(zeng)加,鉬(mu)還(huan)能提(ti)(ti)高奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)高溫強度。鋼(gang)中(zhong)含銅能顯著提(ti)(ti)高奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)耐(nai)(nai)還(huan)原(yuan)性(xing)(xing)介質的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能,如耐(nai)(nai)硫(liu)酸(suan)、磷酸(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能,特別是(shi)鉬(mu)、銅復合合金(jin)化時,效果(guo)更獎出。硅能增(zeng)加鋼(gang)的(de)抗高溫氧化性(xing)(xing)能;一定(ding)的(de)含硅量,對(dui)提(ti)(ti)高奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)耐(nai)(nai)氯化物應力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、耐(nai)(nai)濃硝(xiao)(xiao)酸(suan)和濃硫(liu)酸(suan)的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi),如含硅量在4%時,可耐(nai)(nai)發煙硝(xiao)(xiao)酸(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi);硅對(dui)硝(xiao)(xiao)酸(suan)級(ji)、尿素(su)級(ji)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)是(shi)非常有害的(de),必須嚴格控(kong)制。