鉬是除鉻、鎳之外不(bu)銹鋼中另一個重要的元素。鉻鎳奧氏體不銹鋼一般僅用于要求不銹性和耐氧化性介質的條件下,鉬的加入,極大地改變了奧氏體不銹鋼的組織和服役性能,尤其是耐蝕性。
鉬是鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)形成元(yuan)素(su),其(qi)能力和鉻相(xiang)當(dang),因此在(zai)含(han)(han)鉬奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中,為保(bao)持(chi)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing),鎳含(han)(han)量較(jiao)鉻鎳奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)高。鉬的(de)(de)(de)(de)加入,除了對鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)和奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)織(zhi)平衡(heng)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響之(zhi)外,對奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)帶來組(zu)(zu)織(zhi)上的(de)(de)(de)(de)更大(da)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響是顯著促進奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中金屬間(jian)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)形成,比如σ相(xiang)、x相(xiang)、Laves相(xiang)等,將極大(da)地(di)降低(di)(di)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)熱穩定性(xing),增加鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)脆化敏(min)感性(xing),進而導(dao)致鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)塑韌性(xing)、耐蝕性(xing)、冷成型性(xing)和焊接性(xing)的(de)(de)(de)(de)降低(di)(di)。隨著鉬含(han)(han)量的(de)(de)(de)(de)增加,對奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)組(zu)(zu)織(zhi)的(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響更加明顯,尤(you)其(qi)是在(zai)超級奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中。對于(yu)4%以上鉬含(han)(han)量的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang),為保(bao)證(zheng)組(zu)(zu)織(zhi)的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing),避免(mian)金屬間(jian)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)析出,均(jun)要(yao)求在(zai)更高的(de)(de)(de)(de)溫度和更長的(de)(de)(de)(de)保(bao)溫時(shi)間(jian)固溶處理以充分消融金屬間(jian)相(xiang)。
鉬作為一個較大的(de)(de)(de)原(yuan)子,通過固溶強(qiang)化可提高包括高溫強(qiang)度等不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)強(qiang)度,并(bing)改善奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)高溫持(chi)久和蠕變性能。但是(shi)鉬的(de)(de)(de)加入使鋼(gang)的(de)(de)(de)高溫變形抗力增加,尤其是(shi)當奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)因鉬的(de)(de)(de)加入存(cun)在少(shao)量8鐵素體(ti)時(shi),其熱加工性、熱成型性明(ming)顯(xian)低于鉻鎳(nie)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)。
與不(bu)(bu)(bu)含(han)(han)(han)鉬的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)相比,含(han)(han)(han)鉬不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)通常(chang)耐(nai)(nai)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)更(geng)好(hao),常(chang)應用(yong)于腐蝕(shi)性(xing)更(geng)強(qiang)的(de)(de)(de)(de)環境如化(hua)(hua)工設備或海洋用(yong)途(tu)。鉬主要(yao)提升(sheng)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)還原性(xing)介質的(de)(de)(de)(de)腐蝕(shi)性(xing),尤(you)其(qi)是(shi)點腐蝕(shi)、縫隙腐蝕(shi),其(qi)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)能(neng)是(shi)鉻的(de)(de)(de)(de)3.5倍(bei)。含(han)(han)(han)鉬不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)再鈍化(hua)(hua)能(neng)力(li)顯(xian)(xian)著強(qiang)于鉻鎳不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)。研(yan)究(jiu)表明,鉬的(de)(de)(de)(de)作用(yong)僅當(dang)鋼(gang)中(zhong)含(han)(han)(han)有較(jiao)高(gao)(gao)鉻含(han)(han)(han)量的(de)(de)(de)(de)時候才有效。這(zhe)是(shi)因為鉬能(neng)顯(xian)(xian)著促進(jin)鉻在鈍化(hua)(hua)膜中(zhong)的(de)(de)(de)(de)富集,從而增強(qiang)不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)鈍化(hua)(hua)膜的(de)(de)(de)(de)穩定(ding)性(xing),顯(xian)(xian)著強(qiang)化(hua)(hua)鋼(gang)中(zhong)鉻的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)作用(yong),從而大(da)幅(fu)提高(gao)(gao)奧氏體不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)。由于鉬的(de)(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)是(shi)和鉻協(xie)同作用(yong)的(de)(de)(de)(de)結果,因此(ci)在研(yan)究(jiu)含(han)(han)(han)鉬不(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)時,往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)尋找(zhao)鉻、鉬含(han)(han)(han)量的(de)(de)(de)(de)平(ping)衡,以找(zhao)到最佳耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)的(de)(de)(de)(de)成分組合。此(ci)外,鉬形成鉬酸鹽(yan)后可以起到緩蝕(shi)劑的(de)(de)(de)(de)作用(yong)。
在Cr-Ni-Mo奧氏體不銹鋼合金體系中,廣為人知的當屬17Cr-12Ni-2Mo,即316系列。06Cr17Ni12Mo2(316)屬于奧氏體不銹鋼,具有良好的強度、塑韌性和冷成型性及良好的低溫性能。由于在18-8型基礎上加入2%鉬,因而具有更好的耐還原性介質和耐點蝕、縫隙腐蝕的能力,在各種有機酸、無機酸、堿、鹽類(如亞硫酸、硫酸、磷酸、醋酸、甲酸、鹵素鹽等)、海水中均具有較好的耐蝕性。022Cr17Ni12Mo2(316L)是在06Cr17Ni12Mo2基礎上發展的超低碳奧氏體不銹鋼,為平衡組織穩定,鎳含量更高。和06Cr17Ni12Mo2相比,022Cr17Ni12Mo2 具有更好的耐敏化態晶間腐蝕性能,適于制造厚截面尺寸的焊接部件和設備。上述兩種奧氏體不銹鋼是制造合成纖維、石油化工、紡織、化肥、造紙、印染及原子能工業用設備的重要耐蝕材料。
采用氮合金化技術,在06Cr17Ni12Mo2 和022Cr17Ni12Mo2 基礎上,發展了06Cr17Ni12Mo2N(316N)和022Cr17Ni12Mo2N(316LN)奧氏體不銹鋼,氮含量一般控制在0.10%~0.25%范圍內,既利用了氮的有益作用,又防止氮化物等有害相的析出。氮的加入,進一步提高了不銹鋼的強度,同時仍保持較高的塑韌性水平。在耐蝕性方面,除仍保留原始鋼種的耐蝕特點外,氮的加入改善了鋼的耐局部腐蝕性能,如耐點蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕性能均得到不同程度的提高。奧氏體不銹鋼的冶金生產工藝性能基本和原始鋼種一致,易于生產板、管、絲、帶、鍛件、型材等冶金產品。在不含氮鋼種的強度稍顯不足的應用領域,此兩鋼種是最佳候選材料。
含(han)氮、含(han)鉬的Cr-Ni-Mo奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang),由于兼具(ju)(ju)強度和(he)耐(nai)蝕性(xing)(xing),在核電(dian)一回(hui)(hui)路管道系(xi)(xi)(xi)統(tong)普(pu)遍(bian)使用。核電(dian)一回(hui)(hui)路系(xi)(xi)(xi)統(tong)是由主(zhu)管道(反應堆(dui)冷(leng)卻(que)劑(ji)系(xi)(xi)(xi)統(tong))及多個高能(neng)輔助系(xi)(xi)(xi)統(tong)(如壓(ya)力安(an)全(quan)系(xi)(xi)(xi)統(tong)、余熱排(pai)出系(xi)(xi)(xi)統(tong)、安(an)全(quan)注射系(xi)(xi)(xi)統(tong))組成(cheng)。一回(hui)(hui)路系(xi)(xi)(xi)統(tong)的管道在反應堆(dui)運行期(qi)間的工作(zuo)條件十分(fen)苛刻,除(chu)了(le)承(cheng)受各種載荷(he)組合(he)和(he)低周、高頻(pin)疲勞(lao)所(suo)引起的機(ji)械損傷(shang)外,還將承(cheng)受反應堆(dui)冷(leng)卻(que)劑(ji)介質的高溫(wen)、高壓(ya)、高流速及 海洋環境造成(cheng)的氯離(li)子腐蝕的危害。作(zuo)為重(zhong)要的核級管道部件,一回(hui)(hui)路系(xi)(xi)(xi)統(tong)管道材料均(jun)選用具(ju)(ju)有優(you)異(yi)的耐(nai)晶(jing)間腐蝕性(xing)(xing)能(neng)、良好的抗疲勞(lao)性(xing)(xing)能(neng)和(he)焊接性(xing)(xing)能(neng)的Cr-Ni-Mo奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)。
為進一步提高Cr-Ni-Mo奧氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)在(zai)還(huan)(huan)原性(xing)(xing)(xing)(xing)介質(zhi)中的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing),發展了含銅的(de)(de)Cr-Ni-Mo奧氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang),如00Cr18Ni14Mo2Cu2、00Cr20Ni25Mo4.5Cu等。銅能(neng)顯著提高奧氏體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)對還(huan)(huan)原性(xing)(xing)(xing)(xing)介質(zhi)如硫酸、磷酸等的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing),當用鉬(mu)和銅復合合金化(hua)時,效果更加突(tu)出。在(zai)高溫(wen)濃(nong)硫酸中,高硅不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)則(ze)更加優異,如00Cr17Ni17Si6、00Cr18Ni20Si6MoCu 和00Cr11Ni22Si6Mo2Cu。00Cr11Ni22Si6Mo2Cu為我國(guo)于20世紀(ji)90年(nian)代自主研(yan)發的(de)(de)專(zhuan)利(li)牌號SS920。此(ci)鋼(gang)(gang)的(de)(de)最大特點是在(zai)高溫(wen)濃(nong)硫酸中具有優異的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing),在(zai)130℃、96%硫酸中,鋼(gang)(gang)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速率小于0.05毫(hao)米/年(nian)。此(ci)鋼(gang)(gang)的(de)(de)冷、熱成 型性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)良(liang)好,可生產板、管、絲、帶、鍛(duan)件(jian)(jian)、鑄件(jian)(jian)等冶金產品(pin)。
022Cr17Ni12Mo2不銹鋼是在06Cr17Ni12Mo2不銹鋼的基礎上降低碳含量得到的一種耐腐蝕性能良好的Cr-Ni-Mo型超低碳不銹鋼。其耐腐蝕性、耐晶間腐蝕性能和高溫力學性能良好,是目前奧氏體不銹鋼應用最為廣泛的鋼種之一。022Cr19Ni13Mo3不銹鋼也是應用較為廣泛的一種Cr-Ni-Mo不銹鋼,具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械特性,適合用于食品的加工、儲存和運輸等。
表2-1-3給(gei)出了Cr-Ni-Mo(Mo≤4%)奧氏體不銹鋼的化學成分。
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