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. 脆性轉變溫度和缺口敏(min)感性


    鉻含量高于15%(質量分數)的普通鐵素體不銹鋼(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(que)口(kou)敏感性大(da)和(he)脆性轉變溫(wen)度(du)高的主要原因是,鋼中(zhong)間隙元素,尤其是碳、氮和(he)氧等含量較高,并與其化合物沉(chen)淀(dian)相(xiang)關。這些夾(jia)雜物和(he)析出(chu)相(xiang)往往處于應力集中(zhong)處和(he)裂紋(wen)起源處。



2. 475℃脆性(xing)


   通常鐵素體(ti)不銹鋼加熱至高溫(wen),基(ji)本上不出現奧氏體(ti)相(xiang)變(bian),因此(ci)很難經淬火轉變(bian)成馬(ma)氏體(ti)而產生明(ming)顯(xian)強化。但(dan)經處理后,能夠明(ming)顯(xian)提高強度和硬(ying)度,而塑性和沖擊韌度卻(que)明(ming)顯(xian)降低。


   鉻含量(liang)超過12%的(de)(de)鐵素(su)體不(bu)銹鋼(gang),加(jia)熱(re)至340~540℃時(shi)(shi),經一定時(shi)(shi)間后,鋼(gang)的(de)(de)硬度增加(jia),沖(chong)擊韌(ren)度顯(xian)(xian)著降(jiang)低,尤其(qi)是在475℃時(shi)(shi)最為嚴重(zhong),因此稱為475℃脆性(xing)。產(chan)生475℃脆性(xing)的(de)(de)基(ji)本原因是由于一種富鉻(uw(Cr)=61%~83%))的(de)(de)α'相的(de)(de)沉淀析出所致(zhi)。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等(deng)元素(su)促進(jin)475℃脆性(xing)。α'相的(de)(de)析出不(bu)僅帶來脆性(xing),而且顯(xian)(xian)著降(jiang)低鐵素(su)體不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)。



3. σ相脆化


   根據Fe-Cr相圖,當(dang)鉻含量(liang)在15%~70%(質(zhi)量(liang)分數)范圍內,在500~800℃時(shi)存在σ相。它是一種金屬間化合(he)物,當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無磁性(xing)(xing)(xing),具有四(si)方晶格結構,屬高硬度(du)(du)脆性(xing)(xing)(xing)相。σ相首先產生(sheng)于晶粒邊界(jie),呈鏈(lian)網或島(dao)狀(zhuang),使鋼的(de)硬度(du)(du)提(ti)(ti)高,卻顯著(zhu)降低(di)鋼的(de)塑性(xing)(xing)(xing)、缺口韌性(xing)(xing)(xing)及耐蝕性(xing)(xing)(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相的(de)生(sheng)成(cheng),C、N抑制其生(sheng)成(cheng)。提(ti)(ti)高鉻含量(liang)將顯著(zhu)加速(su)σ相的(de)形成(cheng)。當(dang))=25%~30%的(de)鋼在熱處理時(shi),冷卻速(su)度(du)(du)慢就會(hui)有σ相析出。焊接時(shi)長時(shi)間w(Cr)=25%-保溫(wen)能形成(cheng)σ相,冷加工也(ye)會(hui)增大σ相的(de)析出速(su)度(du)(du)。


   σ相可(ke)以(yi)通過加(jia)熱至800℃以(yi)上溫(wen)度,保溫(wen)一定時(shi)間使(shi)其溶解后快速冷至室溫(wen),而得以(yi)消除。



4. 高溫脆性


   普通高(gao)(gao)鉻鐵素體不銹(xiu)鋼(間隙元素如碳、氮的(de)含量(liang)在(zai)中等以上時)加熱(re)(re)至950~1000℃以上,急冷至室溫,其塑(su)性(xing)和缺口韌性(xing)顯著降低,稱為(wei)高(gao)(gao)溫脆性(xing)。鉻含量(liang)越高(gao)(gao),脆性(xing)越大(da)。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)鋼,經過1000℃的(de)加熱(re)(re)并保(bao)溫10h,冷卻后在(zai)常溫下的(de)彎(wan)曲(qu)角度為(wei)零。


   這種脆性消除的辦(ban)法是,重新加熱750~850℃,即可以恢復其(qi)塑性。


   高溫(wen)脆(cui)性(xing)十(shi)分(fen)有害。在焊接、在進(jin)行(xing)950℃以上熱處理或(huo)鑄造工藝過程中,均會出現高溫(wen)脆(cui)性(xing),同時耐蝕(shi)性(xing)也顯著降低。


   產生高溫脆(cui)性(xing)的基本原因是與碳(tan)、氮等間隙元(yuan)素(su)的化合物(wu)在晶界(jie)和晶內位錯上的析(xi)出有關。降低鋼中的碳(tan)、氮含(han)量,減少甚(shen)至避免碳(tan)、滲氮合物(wu)的沉(chen)淀析(xi)出,可以大大改善高溫脆(cui)性(xing)。



5. 晶間腐蝕(shi)敏(min)感性


   普通(tong)高(gao)鉻(ge)鐵素體(ti)不(bu)銹鋼(gang)在加熱過程中(zhong)存在著475℃脆(cui)性、σ相脆(cui)性和(he)高(gao)溫脆(cui)性三個脆(cui)化(hua)溫度。由(you)于(yu)富鉻(ge)的α'相、σ相或碳(tan)滲氮合物的析出等原(yuan)因,不(bu)僅引起脆(cui)化(hua),而(er)且帶來(lai)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)敏感性,使(shi)其耐蝕(shi)(shi)性顯著降低(di),尤其是當(dang)溫度超過900~950℃而(er)后快速冷卻時,具有十分敏感的晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)傾(qing)向。即使(shi)鋼(gang)中(zhong)碳(tan)、氮含量較低(di),如在自(zi)來(lai)水這(zhe)樣(yang)弱的腐(fu)蝕(shi)(shi)條件下(xia),經(jing)高(gao)溫空冷或在焊縫區(qu)也會發生晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)。


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


   消除晶間(jian)腐蝕敏(min)感性的辦法是,把(ba)敏(min)化了的鐵素體不銹鋼用(yong)短時(shi)間(jian)重新加熱(re)至700~850℃,并快速(su)冷(leng)卻(que)即可消除。


   焊接或高(gao)溫淬(cui)火,因經過其脆(cui)化(hua)溫度區的(de)時間短暫,故(gu)一般(ban)來(lai)不及出(chu)現脆(cui)化(hua)。


   鐵素(su)體不銹鋼(gang)的(de)用途(tu)之所以有限,與上述因素(su)有關。


   鐵素體不銹鋼(gang)主要用于(yu)化學工業,也可以作為耐高溫材料。





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