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。
隨著鉻、鎳含量(liang)的(de)變化和(he)(he)其他合金元素(su)(su)(su)的(de)加入,以及受熱處理或冷變形的(de)影響,在奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)基體(ti)(ti)(ti)(ti)上還會產(chan)生其他相,如鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)、馬氏體(ti)(ti)(ti)(ti)、碳化物(wu)、氮(dan)化物(wu)、金屬間(jian)相等。鉻當量(liang)和(he)(he)鎳當量(liang)決定不銹(xiu)鋼(gang)的(de)組織(zhi),當鉻當量(liang)偏(pian)高時,就會使奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)中含有一定量(liang)的(de)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)。這(zhe)些少量(liang)的(de)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)可以明顯提高奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)耐晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)和(he)(he)應力腐(fu)蝕(shi)破(po)裂性能。
鐵素體(ti)的(de)出(chu)現也對奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼性(xing)能帶來不利的(de)影響,如熱加工產(chan)生(sheng)裂(lie)紋的(de)傾向(xiang)性(xing)增大、耐孔蝕性(xing)下降、耐尿素生(sheng)產(chan)等腐蝕環境(jing)中的(de)腐蝕性(xing)能下降、容易形(xing)成脆性(xing)相等。
大部分常(chang)用鉻(ge)鎳奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼,自(zi)高溫驟冷(leng)到(dao)室(shi)溫所(suo)獲(huo)得的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)基體(ti)(ti)(ti)組織是亞穩定的(de),當(dang)繼續冷(leng)卻到(dao)室(shi)溫以下的(de)更低溫度,或在經受冷(leng)變形時,就有一(yi)定量的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變為(wei)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)。奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼中(zhong)的(de)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)有兩種形態(tai):一(yi)種是具(ju)有體(ti)(ti)(ti)心(xin)立(li)方(fang)結構的(de)a'馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti),呈鐵磁性(xing)(xing);另一(yi)種叫(jiao)ε相,具(ju)有密集(ji)立(li)方(fang)結構,為(wei)非鐵磁性(xing)(xing)。對(dui)于常(chang)用的(de)鉻(ge)鎳奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼,如果只是由于冷(leng)卻,即使冷(leng)到(dao)-196℃,也(ye)不(bu)會產(chan)生馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)。但快冷(leng)到(dao)室(shi)溫特別是到(dao)低溫后再施以變形、則(ze)可能(neng)要產(chan)生馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(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。
鉻是奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)主要(yao)的合金(jin)元素(su),它是鋼(gang)(gang)中(zhong)的鐵素(su)體形成元素(su)。鉻對奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)性(xing)(xing)能(neng)(neng)影(ying)響最大的是耐(nai)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)。奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)隨(sui)著鉻量增(zeng)加(jia),耐(nai)硝酸(suan)等(deng)氧化性(xing)(xing)酸(suan)腐(fu)(fu)蝕和高(gao)溫抗氧化、硫(liu)化性(xing)(xing)能(neng)(neng)提高(gao);在(zai)鎳以及鉬和銅的復(fu)合作用下,鉻的增(zeng)加(jia)能(neng)(neng)提高(gao)鋼(gang)(gang)耐(nai)一些還原性(xing)(xing)介質、有(you)機物、尿(niao)素(su)和堿(jian)介質的腐(fu)(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng);鉻提高(gao)了鋼(gang)(gang)的耐(nai)局部腐(fu)(fu)蝕的性(xing)(xing)能(neng)(neng),如(ru)耐(nai)晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕、孔蝕、縫隙腐(fu)(fu)蝕以及某些條件下的應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕破(po)裂性(xing)(xing)能(neng)(neng)。
鎳(nie)是(shi)奧氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼主(zhu)要的(de)奧氏(shi)(shi)體形成元素,通過增(zeng)加(jia)(jia)鎳(nie)可以獲得完(wan)全奧氏(shi)(shi)體組(zu)織,使鋼具(ju)有良(liang)好的(de)塑韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)低溫(wen)韌性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing),并且具(ju)有優良(liang)的(de)冷熱(re)加(jia)(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng);鎳(nie)提高(gao)(gao)了(le)(le)奧氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼表面(mian)膜的(de)穩定性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing),增(zeng)加(jia)(jia)了(le)(le)抗高(gao)(gao)溫(wen)氧化性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng);隨鎳(nie)量提高(gao)(gao),耐氯化物(wu)應力腐蝕(shi)破裂性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)耐還原(yuan)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)酸的(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)增(zeng)加(jia)(jia)。
氮(dan)(dan)是非常強烈的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體形(xing)成元素(su)。氮(dan)(dan)正日益成為奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中的(de)重(zhong)要(yao)合(he)金(jin)元素(su),氮(dan)(dan)的(de)作用除代替部分昂貴(gui)的(de)鎳外,主要(yao)是作為固溶強化(hua)元素(su)提高奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)強度,而并不(bu)顯(xian)著降低鋼(gang)的(de)塑韌性(xing);氮(dan)(dan)提高奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)耐晶間腐蝕、孔(kong)蝕、縫(feng)隙腐蝕性(xing)能。近年(nian)來,用氮(dan)(dan)合(he)金(jin)化(hua)的(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)研究(jiu)開(kai)發取得了較大(da)的(de)進(jin)展(zhan),目前應用的(de)含氮(dan)(dan)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)可分為控(kong)氮(dan)(dan)型(xing)(N=0.05%~0.10%)、中氮(dan)(dan)型(xing)(N=0.10%~0.40%)和高氮(dan)(dan)型(xing)(N大(da)于(yu)0.4%)三種(zhong)。
鉬(mu)是鋼(gang)中的(de)(de)(de)鐵素體(ti)形(xing)成元素,隨鉬(mu)量(liang)的(de)(de)(de)加(jia)(jia)人和(he)提高(gao),附還(huan)原(yuan)性(xing)酸和(he)耐(nai)孔蝕(shi)(shi)(shi)、縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)增加(jia)(jia),鉬(mu)還(huan)能(neng)(neng)提高(gao)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)高(gao)溫強度。鋼(gang)中含(han)銅能(neng)(neng)顯著提高(gao)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐(nai)還(huan)原(yuan)性(xing)介質的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng),如(ru)耐(nai)硫(liu)(liu)酸、磷酸腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng),特別是鉬(mu)、銅復合(he)合(he)金化(hua)時,效果更獎(jiang)出。硅能(neng)(neng)增加(jia)(jia)鋼(gang)的(de)(de)(de)抗高(gao)溫氧化(hua)性(xing)能(neng)(neng);一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)含(han)硅量(liang),對提高(gao)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐(nai)氯化(hua)物應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、耐(nai)濃(nong)硝酸和(he)濃(nong)硫(liu)(liu)酸的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi),如(ru)含(han)硅量(liang)在4%時,可耐(nai)發煙硝酸腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi);硅對硝酸級、尿素級不(bu)銹(xiu)鋼(gang)是非常有害的(de)(de)(de),必須嚴格(ge)控制。