碳和氮在鐵素體不銹(xiu)鋼中是不受歡迎的,因為它們除了能使鋼強化外,對鋼的其他各種性能都是不利的,如升高韌脆轉變溫度、增大缺口敏感性、降低焊后耐蝕性等。由于冶金技術的進步,目前工業規模上已可生產出超低碳、氮的高純(C+N含量不大于0.015%)鐵素體不銹鋼,使鐵素體不銹鋼的一些不足得到了很大程度的克服。
碳和氮都是(shi)擴大Fe-Cr合金(jin)中γ相(xiang)區的元素(su)(su),使(shi)(shi)α+y兩(liang)相(xiang)區向(xiang)更高鉻含量方向(xiang)移動(圖(tu)9.18和圖(tu)9.19),因而使(shi)(shi)碳、氮含量較(jiao)高的鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)不銹(xiu)鋼中可能出現鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)+馬氏體(ti)的雙(shuang)相(xiang)結構(gou)。
由于(yu)碳(tan)、氮在鐵素體中(zhong)的(de)溶(rong)解(jie)度很低,鐵素體不(bu)銹鋼在高溫(wen)加(jia)熱后的(de)隨(sui)后冷卻過(guo)程中(zhong)會有碳(tan)、氮化物析出,它們對鐵素體不(bu)銹鋼的(de)性(xing)能產生重要的(de)影響。
碳、氮含(han)量的增加將(jiang)使鐵素(su)體(ti)不銹鋼(gang)(gang)(gang)的沖(chong)擊韌性(xing)下降(jiang),特別(bie)是鋼(gang)(gang)(gang)中鉻含(han)量高達15%~18%時更為明顯(xian),同時使鋼(gang)(gang)(gang)的韌脆轉變溫度(du)明顯(xian)上移,增加鋼(gang)(gang)(gang)的缺口敏感性(xing)。
鐵素(su)體不(bu)銹鋼中碳、氮(dan)含量的(de)(de)(de)增加(jia)也加(jia)強了鋼的(de)(de)(de)冷(leng)卻(que)速率(lv)(lv)效應(ying)和尺寸效應(ying)。前者(zhe)指隨冷(leng)卻(que)速率(lv)(lv)的(de)(de)(de)不(bu)同,鋼的(de)(de)(de)韌性有很大(da)的(de)(de)(de)不(bu)同,后(hou)者(zhe)是指隨截面尺寸的(de)(de)(de)變化,鋼的(de)(de)(de)韌性有很大(da)的(de)(de)(de)不(bu)同。
除(chu)碳、氮外,鐵(tie)素(su)體不銹鋼(gang)中(zhong)的氧含量對其韌性也有類似(si)的影(ying)響。
碳、氮在鐵素體不銹鋼中存在的另一重要影響是使其具有很高的晶間腐(fu)蝕敏感性,其敏感程度隨鋼中C+N含量的增加而增加,其敏感程度遠高于一般18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼。圖9.36為含0.05%C的Cr17鋼與18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼碳化物沉淀與晶間腐蝕的溫度-時間曲線,圖中陰影部分為晶間腐蝕敏感區。
碳、氮在鐵素體中的溶解度低,而碳、鉻在α相中的擴散速率比在γ相中快得多,因此鐵素體不銹鋼在高溫加熱后的冷卻過程中,包括快速冷卻,極易析出碳化物和氮化物。其敏化行為與奧氏體不銹鋼不同,除了如圖9.36所示,在400~600℃區間,因析出Cr23C6而出現敏化區外,在1100℃以上的高溫區域也可以出現敏化區,這是由于從高溫冷卻過程中經過400~600℃生成Cr23C6所致。在兩個敏化區之間的700~850℃生成Cr23C6時,由于鉻的再擴散而補充了因形成Cr23C6所需要的Cr,因而不產生貧鉻區,敏化現象消失。
一些研究結果還指出,碳、氮在鐵素體不銹鋼中對耐一般腐蝕、耐點(dian)蝕(shi)、耐縫隙腐蝕、耐應(ying)力(li)腐蝕等都是有害的。