奧氏體不銹鋼最基本的合金元素是鉻和鎳,代表性的牌號是含鉻為18%左右、含鎳為8%左右的鉻-鎳奧氏體不銹鋼,常稱為18-8不銹鋼。鉻和鎳的元素配比基本上保證了鋼的組織是穩定的奧氏體。
奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的發展很(hen)快,為了(le)適應不同條件(jian)的需要,在(zai)18-8鋼(gang)的基礎上,改變碳的含量或添(tian)加其他合金元素,賦予了(le)這類不銹(xiu)鋼(gang)更優(you)良的性能(neng)。
1. 降低(di)碳的(de)(de)含量或加(jia)(jia)(jia)入鈦、鈮元素,可提高耐晶間腐蝕(shi)性能(neng),鈦或鈮的(de)(de)加(jia)(jia)(jia)入量有一(yi)定的(de)(de)要(yao)求(qiu),見本書(shu)第一(yi)章第二節(jie)的(de)(de)內(nei)容。鈦加(jia)(jia)(jia)入量及Ti/C比與晶間腐蝕(shi)的(de)(de)關(guan)系見圖3-1。
2. 加入(ru)鉬(mu)、元素可提高在(zai)硫酸中的耐腐蝕性(xing)。鉬(mu)及銅對18-8 鋼(gang)在(zai)硫酸中耐腐蝕性(xing)的影響分(fen)別(bie)見圖3-2和圖3-3。
18-8鋼加(jia)入(ru)1.5%~4%的(de)鉬(mu),還(huan)可提高(gao)在(zai)各(ge)種有機酸(suan)、硫酸(suan)鹽(yan)、漂白粉等(deng)介質中(zhong)的(de)耐腐蝕性能,但加(jia)鉬(mu)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼不(bu)適合在(zai)硝(xiao)酸(suan)中(zhong)使用。在(zai)奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)加(jia)入(ru)鉬(mu)量(liang)過高(gao)時,可能會因出現較多量(liang)的(de)δ-鐵素體(ti)和σ相而引起脆性及晶間腐蝕性降低,特別(bie)是經過敏化處理時,高(gao)鉬(mu)的(de)不(bu)利作用更突出,見圖3-2中(zhong)的(de)線2。
銅加(jia)入(ru)鉻-鎳(nie)奧氏體不銹鋼(gang)中(zhong),會(hui)提高(gao)在硫酸中(zhong)的(de)耐腐蝕(shi)性,但加(jia)入(ru)某些(xie)鉻-錳-氮不銹鋼(gang)中(zhong)時,可能會(hui)使產生(sheng)晶間(jian)腐蝕(shi)的(de)敏化(hua)(hua)溫度范圍擴大,出現晶間(jian)腐蝕(shi)的(de)敏化(hua)(hua)時間(jian)縮短,而(er)產生(sheng)不利影響,在熱(re)處(chu)理(li)或使用時應予以注意(yi)。
3. 加入硅并提高鉻、鎳等元素的含(han)量,可高不(bu)銹鋼在濃(nong)硝酸中的耐腐蝕性。
4. 奧氏體不銹鋼中加入鉬或氮元素,可以提高在含有氯離子介質中的抗點腐蝕性能,以304不銹鋼和316LN不銹鋼兩種奧氏體不銹鋼比較,前者抗點蝕指數只為18,而后者的抗點蝕指數可達27。316L不銹鋼抗點蝕能力遠高于304不銹鋼。
5. 錳和氮可(ke)以(yi)取代鉻-鎳(nie)奧氏體不銹(xiu)鋼中的(de)鎳(nie),以(yi)節約稀有(you)貴重金屬鎳(nie)。
6. 奧氏體不銹鋼大幅度降(jiang)低碳(tan)的含量(liang),嚴格限制鉭(Ta)、鈷的含量(liang),可改變原(yuan)子核性質,而應用于原(yuan)子能工業。加入(ru)某些合金元素(su)時,考慮元素(su)對組織的穩(wen)定作用,在鉻、鎳的含量(liang)上允(yun)許做適當(dang)的調整。
對于鉻(ge)-鎳奧(ao)氏體不(bu)銹鋼,在含有其他(ta)合金元素時(shi),為(wei)保證(zheng)鋼的(de)(de)組織是完全(quan)奧(ao)氏體組織,鎳的(de)(de)含量(liang)應不(bu)小于下列經驗(yan)公式所給出的(de)(de)數值:Ni≥1.1(Cr+Mo+1.5Si+1.5Nb)-0.5Mn-30C-8.2。
式中(zhong)各元素符號分別表(biao)示(shi)該(gai)元素在鋼中(zhong)的(de)(de)質量百分數(shu)含(han)量。當鋼中(zhong)鎳的(de)(de)含(han)量低于(yu)按(an)此(ci)公式的(de)(de)計算(suan)值時,則鋼的(de)(de)組織不(bu)完全是奧氏體,可能還(huan)有一定量的(de)(de)δ-鐵素體。此(ci)公式適(shi)用于(yu)自高溫快(kuai)速冷(leng)卻鋼的(de)(de)組織。
對于以(yi)錳(meng)、氮代(dai)鎳的(de)Cr-Mn-Ni-N奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang),當錳(meng)含(han)量在(zai)(zai)5%~14%范圍時,為保證在(zai)(zai)1150℃時能(neng)具有完全(quan)奧氏(shi)體(ti)組織,所需要的(de)碳加氮的(de)最小含(han)量應(ying)滿足下列公(gong)式:
C+N≥0.078[Cr+0.63W +1.4Mo+2.5V+2.8Nb+1.74(Si-0.5)-12.5]-0.05Ni
式中(zhong)各元素符號分別表示該元素在鋼(gang)中(zhong)的質量(liang)百(bai)分數含量(liang)。在18-8鋼(gang)基礎上,奧氏體不銹鋼(gang)的發展(zhan)變化過程見圖3-4。
圖3-4除(chu)顯(xian)示了奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)外,還顯(xian)示了在奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)基礎上,通過調整(zheng)鉻、鎳含量(liang)或加入其他合金(jin)元素(su)后演變而來的部分耐腐(fu)蝕合金(jin)和沉淀硬化不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。
我國標(biao)準中,奧氏體不銹鋼棒材(cai)、鍛(duan)材(cai)和鑄材(cai)的(de)部分牌號及化學成分見(jian)表3-1。