硅是主要的耐(nai)蝕合金元素之一。如高硅鑄鐵,耐蝕性雖好,因太脆影響其應用。我國60年代以來曾發展過一些無鎳Cr-Si系不銹鋼,共同缺點仍是脆性。但高硅(通常含2~4%Si)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼卻具有優良的綜合性能,有些(超低碳鋼)甚至不亞于18-8不銹鋼的力學性能。早期的奧氏體高硅不銹鋼,如25-20型、18-8型(AISI302B)等一般含2%左右的硅。主要目的是增加高溫抗氧化性能。基本上屬于不銹耐熱(抗氧化)鋼范疇。自60年代以來,直接合成濃硝酸(98%HNO3)工業的普及發展和18-8型奧氏體不銹(xiu)鋼應力腐蝕問題的日益突出,高硅奧氏體不銹鋼獲得迅速發展。所謂高硅型,一般指硅含量大于2%,最高約6%左右。因低于2%Si,對抗高溫氧化性和抗應力腐蝕作用不大;只有超過2%Si,才能完全消除非敏化態晶間腐蝕(如在濃硝酸中)。但過高的硅含量,則加工性能惡化,促進硅化物形成和使敏化態晶間腐蝕等不良影響加劇。
硅含量對Cr-Ni奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)比較復(fu)雜。如(ru)(ru)在強(qiang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)介質和其(qi)它成(cheng)(cheng)分控制合理(li)的(de)(de)(de)條(tiao)件(jian)下(xia),若<0.10%Si時,可(ke)基(ji)本消除(chu)(chu)敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)、顯著改(gai)善非(fei)敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。普通不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)一般硅含量多在0.7~1.0%的(de)(de)(de)范圍內,正是(shi)非(fei)敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)最嚴(yan)重的(de)(de)(de)敏(min)感(gan)區(qu)(參見圖1-2-6)。對于強(qiang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)性(xing)介質,如(ru)(ru)98%濃硝酸(suan),幾乎(hu)所有的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)均由于介質過強(qiang)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)能力(li)和鋼(gang)的(de)(de)(de)過鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)現象而不耐腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),即使(shi)非(fei)敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)(固(gu)溶(rong)態(tai)(tai))的(de)(de)(de)高(gao)純不銹(xiu)鋼(gang)也(ye)無法避免(mian)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。唯(wei)有硅含量高(gao)于2%的(de)(de)(de)高(gao)硅奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang),才能完全消除(chu)(chu)非(fei)敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。但是(shi),隨著硅含量的(de)(de)(de)提高(gao)(如(ru)(ru)通常的(de)(de)(de)4%Si時),降(jiang)低了(le)碳在奧(ao)氏體(ti)中(zhong)的(de)(de)(de)固(gu)溶(rong)度,即使(shi)采取超低碳也(ye)難(nan)以(yi)避免(mian)“敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)態(tai)(tai)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)”。這里所講的(de)(de)(de)并不是(shi)由于貧鉻區(qu)引起的(de)(de)(de)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi),而是(shi)敏(min)化(hua)(hua)(hua)(hua)處理(li)后因析出碳化(hua)(hua)(hua)(hua)物等造成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)選擇(ze)性(xing)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。在98%濃硝酸(suan)中(zhong),主要鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)元素(su)是(shi)硅而非(fei)鉻,貧鉻理(li)論已不適用(yong)(yong)。高(gao)硅奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong),因添加穩(wen)定化(hua)(hua)(hua)(hua)元素(su)形成(cheng)(cheng)G相、TiC(NbC)、鐵素(su)體(ti)和σ相時也(ye)會發(fa)生(sheng)選擇(ze)性(xing)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。在強(qiang)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)性(xing)介質中(zhong)發(fa)生(sheng)的(de)(de)(de)這種晶(jing)(jing)間(jian)(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(其(qi)機(ji)理(li)仍(reng)可(ke)進一步探討),嚴(yan)重阻礙了(le)高(gao)硅奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)推廣應用(yong)(yong)。
我(wo)國于60年(nian)代末,開(kai)始發(fa)(fa)展耐濃(nong)硝酸(suan)(suan)腐(fu)(fu)蝕(shi)用(yong)高(gao)(gao)硅(gui)(gui)(gui)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)。通過(guo)查明(ming)其產生敏化(hua)態晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)的原因,采取嚴格控制碳、磷等(deng)(甚至達高(gao)(gao)純(chun)級),適當降低鉻(ge)或添加(jia)鈮(在高(gao)(gao)硅(gui)(gui)(gui)鋼(gang)(gang)中(zhong)同(tong)鈦的作用(yong)機理不同(tong))等(deng)綜合改(gai)善途徑,使(shi)之獲(huo)得了較(jiao)好(hao)的解(jie)決。采用(yong)機械熱(re)處理(改(gai)善添加(jia)鈮的高(gao)(gao)硅(gui)(gui)(gui)鋼(gang)(gang)中(zhong)G相(xiang)(xiang)的分布)和(he)(he)微合金化(hua)方法,改(gai)善其熱(re)加(jia)工等(deng)性(xing)能,使(shi)這種鋼(gang)(gang)獲(huo)得了推(tui)廣應用(yong)。因含(han)(han)有4%硅(gui)(gui)(gui),均具(ju)有優良的抗氯(lv)化(hua)物應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(31)。同(tong)時,我(wo)國于70年(nian)代初(chu),還開(kai)始發(fa)(fa)展專門針對耐應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的高(gao)(gao)硅(gui)(gui)(gui)(2%Si)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)和(he)(he)高(gao)(gao)鎳(nie)(>20%Ni)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)(gang)。總之,高(gao)(gao)硅(gui)(gui)(gui)奧氏體(ti)不銹(耐酸(suan)(suan))鋼(gang)(gang)近(jin)20多年(nian)來發(fa)(fa)展迅速,并(bing)日(ri)益獲(huo)得推(tui)廣應用(yong)。其鉻(ge)含(han)(han)量(liang)較(jiao)寬,在8~25%,鎳(nie)為(wei)14~25%之間。高(gao)(gao)的硅(gui)(gui)(gui)含(han)(han)量(liang)提高(gao)(gao)在98%濃(nong)硝酸(suan)(suan)中(zhong)耐全面腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能(在稀硝酸(suan)(suan)中(zhong)正相(xiang)(xiang)反)和(he)(he)抗氯(lv)化(hua)物應力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)以及點腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)能。硅(gui)(gui)(gui)含(han)(han)量(liang)過(guo)高(gao)(gao)也不利,我(wo)國多為(wei)4%Si,應用(yong)最廣的為(wei)00Cr14Ni14Si4(簡稱C4)鋼(gang)(gang)。