鉬是除鉻、鎳之外不銹鋼中另一個重要的元素。鉻鎳奧氏體不銹鋼一般僅用于要求不銹性和耐氧化性介質的條件下,鉬的加入,極大地改變了奧氏體不銹鋼的組織和服役性能,尤其是耐蝕性。
鉬(mu)是(shi)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)形成(cheng)元素(su),其能力和鉻相(xiang)當,因此在(zai)含(han)鉬(mu)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong),為(wei)保持奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing),鎳含(han)量(liang)較鉻鎳奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)高。鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)加入,除(chu)了對鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)和奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)組織(zhi)(zhi)平衡的(de)(de)(de)(de)影響之外(wai),對奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)帶來組織(zhi)(zhi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)更大的(de)(de)(de)(de)影響是(shi)顯著促進(jin)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)金(jin)(jin)屬間(jian)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)形成(cheng),比如σ相(xiang)、x相(xiang)、Laves相(xiang)等,將極大地降低(di)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)組織(zhi)(zhi)熱穩定性(xing)(xing),增加鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)脆(cui)化敏感(gan)性(xing)(xing),進(jin)而導致鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)塑韌性(xing)(xing)、耐蝕性(xing)(xing)、冷成(cheng)型性(xing)(xing)和焊接性(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)降低(di)。隨(sui)著鉬(mu)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)增加,對奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)組織(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)影響更加明顯,尤(you)其是(shi)在(zai)超級(ji)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)。對于(yu)4%以上(shang)鉬(mu)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),為(wei)保證(zheng)組織(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing),避免金(jin)(jin)屬間(jian)相(xiang)的(de)(de)(de)(de)析出(chu),均要求(qiu)在(zai)更高的(de)(de)(de)(de)溫度和更長的(de)(de)(de)(de)保溫時間(jian)固溶處理以充分消融金(jin)(jin)屬間(jian)相(xiang)。
鉬作為(wei)一個(ge)較大的(de)(de)原子,通過固溶強化可提高(gao)包括(kuo)高(gao)溫強度等不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)強度,并改善(shan)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)高(gao)溫持(chi)久和蠕變(bian)性(xing)能(neng)。但是(shi)鉬的(de)(de)加(jia)(jia)入使鋼(gang)(gang)的(de)(de)高(gao)溫變(bian)形抗力增加(jia)(jia),尤其是(shi)當(dang)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)中(zhong)因鉬的(de)(de)加(jia)(jia)入存(cun)在少量8鐵素體時,其熱加(jia)(jia)工性(xing)、熱成(cheng)型性(xing)明顯低于鉻鎳奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)。
與不(bu)(bu)含(han)(han)(han)鉬的(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)相(xiang)比,含(han)(han)(han)鉬不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)通常(chang)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)更(geng)(geng)好,常(chang)應用(yong)(yong)于腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)更(geng)(geng)強(qiang)的(de)(de)(de)環境(jing)如(ru)化(hua)(hua)工(gong)設備或海洋用(yong)(yong)途。鉬主要(yao)提(ti)(ti)升不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)還原性(xing)(xing)(xing)介質的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing),尤其是(shi)點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi),其耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能(neng)是(shi)鉻(ge)的(de)(de)(de)3.5倍。含(han)(han)(han)鉬不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)再鈍(dun)化(hua)(hua)能(neng)力顯(xian)(xian)著(zhu)強(qiang)于鉻(ge)鎳(nie)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)。研究表明(ming),鉬的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)僅當鋼(gang)中(zhong)含(han)(han)(han)有較高(gao)鉻(ge)含(han)(han)(han)量的(de)(de)(de)時(shi)候才(cai)有效(xiao)。這(zhe)是(shi)因為鉬能(neng)顯(xian)(xian)著(zhu)促進鉻(ge)在(zai)鈍(dun)化(hua)(hua)膜中(zhong)的(de)(de)(de)富(fu)集,從而增強(qiang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)鈍(dun)化(hua)(hua)膜的(de)(de)(de)穩定性(xing)(xing)(xing),顯(xian)(xian)著(zhu)強(qiang)化(hua)(hua)鋼(gang)中(zhong)鉻(ge)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)作(zuo)用(yong)(yong),從而大幅提(ti)(ti)高(gao)奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)。由于鉬的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)是(shi)和鉻(ge)協同作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)結(jie)果,因此(ci)(ci)在(zai)研究含(han)(han)(han)鉬不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)時(shi),往往需要(yao)尋找(zhao)鉻(ge)、鉬含(han)(han)(han)量的(de)(de)(de)平衡,以找(zhao)到最(zui)佳耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)成分(fen)組合。此(ci)(ci)外,鉬形成鉬酸鹽(yan)后(hou)可以起到緩(huan)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)劑的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)。
在Cr-Ni-Mo奧氏體不銹鋼合金體系中,廣為人知的當屬17Cr-12Ni-2Mo,即316系列。06Cr17Ni12Mo2(316)屬于奧氏體不銹鋼,具有良好的強度、塑韌性和冷成型性及良好的低溫性能。由于在18-8型基礎上加入2%鉬,因而具有更好的耐還原性介質和耐點蝕、縫隙腐蝕的能力,在各種有機酸、無機酸、堿、鹽類(如亞硫酸、硫酸、磷酸、醋酸、甲酸、鹵素鹽等)、海水中均具有較好的耐蝕性。022Cr17Ni12Mo2(316L)是在06Cr17Ni12Mo2基礎上發展的超低碳奧氏體不銹鋼,為平衡組織穩定,鎳含量更高。和06Cr17Ni12Mo2相比,022Cr17Ni12Mo2 具有更好的耐敏化態晶間腐蝕性能,適于制造厚截面尺寸的焊接部件和設備。上述兩種奧氏體不銹鋼是制造合成纖維、石油化工、紡織、化肥、造紙、印染及原子能工業用設備的重要耐蝕材料。
采用氮合金化技術,在06Cr17Ni12Mo2 和022Cr17Ni12Mo2 基礎上,發展了06Cr17Ni12Mo2N(316N)和022Cr17Ni12Mo2N(316LN)奧氏體不銹鋼,氮含量一般控制在0.10%~0.25%范圍內,既利用了氮的有益作用,又防止氮化物等有害相的析出。氮的加入,進一步提高了不銹鋼的強度,同時仍保持較高的塑韌性水平。在耐蝕性方面,除仍保留原始鋼種的耐蝕特點外,氮的加入改善了鋼的耐局部腐蝕性能,如耐點蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕性能均得到不同程度的提高。奧氏體不銹鋼的冶金生產工藝性能基本和原始鋼種一致,易于生產板、管、絲、帶、鍛件、型材等冶金產品。在不含氮鋼種的強度稍顯不足的應用領域,此兩鋼種是最佳候選材料。
含氮、含鉬的(de)Cr-Ni-Mo奧氏體(ti)不銹鋼(gang),由于兼具(ju)強度和(he)耐蝕性(xing),在核(he)(he)電(dian)一(yi)回(hui)(hui)(hui)路管(guan)道(dao)系(xi)(xi)統(tong)普遍使(shi)用(yong)。核(he)(he)電(dian)一(yi)回(hui)(hui)(hui)路系(xi)(xi)統(tong)是由主(zhu)管(guan)道(dao)(反應堆(dui)冷卻(que)劑(ji)系(xi)(xi)統(tong))及(ji)多(duo)個(ge)高能輔助系(xi)(xi)統(tong)(如(ru)壓(ya)力安全(quan)系(xi)(xi)統(tong)、余熱排出系(xi)(xi)統(tong)、安全(quan)注射(she)系(xi)(xi)統(tong))組成。一(yi)回(hui)(hui)(hui)路系(xi)(xi)統(tong)的(de)管(guan)道(dao)在反應堆(dui)運行期間的(de)工(gong)作(zuo)條件十分苛刻,除了承受各種載荷組合和(he)低周、高頻疲(pi)勞所引起的(de)機械(xie)損傷外,還將承受反應堆(dui)冷卻(que)劑(ji)介質的(de)高溫、高壓(ya)、高流(liu)速(su)及(ji) 海洋環境造成的(de)氯離子腐蝕的(de)危害。作(zuo)為(wei)重要的(de)核(he)(he)級管(guan)道(dao)部件,一(yi)回(hui)(hui)(hui)路系(xi)(xi)統(tong)管(guan)道(dao)材料均選用(yong)具(ju)有優異(yi)的(de)耐晶間腐蝕性(xing)能、良好的(de)抗疲(pi)勞性(xing)能和(he)焊接(jie)性(xing)能的(de)Cr-Ni-Mo奧氏體(ti)不銹鋼(gang)。
為(wei)進一步提高(gao)Cr-Ni-Mo奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)還原性(xing)介質(zhi)中的(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing),發(fa)展了(le)含銅的(de)Cr-Ni-Mo奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),如00Cr18Ni14Mo2Cu2、00Cr20Ni25Mo4.5Cu等(deng)。銅能顯著(zhu)提高(gao)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)對還原性(xing)介質(zhi)如硫酸(suan)、磷酸(suan)等(deng)的(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing),當用(yong)鉬和銅復(fu)合合金(jin)(jin)化時,效果更(geng)加突出。在(zai)高(gao)溫濃(nong)硫酸(suan)中,高(gao)硅不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing)能則更(geng)加優異,如00Cr17Ni17Si6、00Cr18Ni20Si6MoCu 和00Cr11Ni22Si6Mo2Cu。00Cr11Ni22Si6Mo2Cu為(wei)我國于(yu)20世紀(ji)90年代自主(zhu)研發(fa)的(de)專利牌號SS920。此(ci)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)最(zui)大(da)特點是在(zai)高(gao)溫濃(nong)硫酸(suan)中具有(you)優異的(de)耐(nai)蝕(shi)性(xing),在(zai)130℃、96%硫酸(suan)中,鋼(gang)(gang)(gang)的(de)腐蝕(shi)速率(lv)小于(yu)0.05毫米/年。此(ci)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)冷、熱成(cheng) 型性(xing)能良(liang)好,可(ke)生產(chan)(chan)板、管、絲、帶、鍛(duan)件(jian)、鑄件(jian)等(deng)冶金(jin)(jin)產(chan)(chan)品。
022Cr17Ni12Mo2不銹鋼是在06Cr17Ni12Mo2不銹鋼的基礎上降低碳含量得到的一種耐腐蝕性能良好的Cr-Ni-Mo型超低碳不銹鋼。其耐腐蝕性、耐晶間腐蝕性能和高溫力學性能良好,是目前奧氏體不銹鋼應用最為廣泛的鋼種之一。022Cr19Ni13Mo3不銹鋼也是應用較為廣泛的一種Cr-Ni-Mo不銹鋼,具有良好的耐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械特性,適合用于食品的加工、儲存和運輸等。
表2-1-3給出了Cr-Ni-Mo(Mo≤4%)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)的化學成分。
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