以不銹性、耐蝕性為主要特性,且鉻的質量分數至少為10.5%,其基體以體心立方晶體結構的鐵素體組織(α相)為主,有磁性,一般不能通過熱處理硬化,但冷加工可使其輕微強化的不銹鋼,稱為鐵素體不銹鋼(gang)。
鐵素體不銹鋼管是以鉻為主要合金元素,一般不含鎳(極個別含少量鎳),這類鋼含有相當低的碳,一般低于0.12%(質量分數),還常含有鋁等鐵素體形成元素,該類鋼為單相鐵素體組織,沒有相變。其典型的代表鋼種是10Cr17。
鐵素(su)體不(bu)銹鋼(gang)管(guan)在(zai)(zai)(zai)具有強烈腐蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)介質(zhi)中(zhong)具有良(liang)好的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)和(he)抗氧化性(xing)(xing),這類(lei)鋼(gang)可以抵(di)抗硝酸(suan)(suan)、熱磷酸(suan)(suan)與亞(ya)氯酸(suan)(suan)等強烈腐蝕(shi)性(xing)(xing)溶(rong)液的(de)(de)(de)腐蝕(shi)。而且耐氯化物應力腐蝕(shi)、耐點蝕(shi)、耐縫隙腐蝕(shi)等局部腐蝕(shi)性(xing)(xing)能優良(liang)。鐵素(su)體不(bu)銹鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)含(han)微量氯離子和(he)氧的(de)(de)(de)熱水(shui)和(he)高溫水(shui)的(de)(de)(de)介質(zhi)中(zhong),以及在(zai)(zai)(zai)苛性(xing)(xing)鈉的(de)(de)(de)溶(rong)液中(zhong),也(ye)表現出(chu)優異的(de)(de)(de)耐應力腐蝕(shi)開裂性(xing)(xing)能。隨著鉻含(han)量的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia),其耐蝕(shi)性(xing)(xing)也(ye)增(zeng)加(jia)。
與用量最大的鉻鎳奧氏(shi)體不銹鋼相比,鐵素體不銹鋼不含鎳或含少量鎳,是節鎳型不銹鋼,其價格較鉻鎳奧氏體不銹鋼管低;鐵素體不銹鋼管強度高,冷加工硬化傾向較低,熱導率為鉻鎳奧氏體不銹鋼管的130%~150%,線膨脹系數僅為鉻鎳奧氏體不銹鋼管的60%~70%。
但鐵素體不銹鋼管也存在一些缺陷,突出地表現在它們的室溫、低溫韌性差,缺口敏感性高,對晶間腐蝕比較敏感等方面,影響了鐵素體不銹鋼管的使用,其產量也比較低。而且這些缺點隨著鐵素體不銹鋼斷面尺寸的增加、冷卻速度的變慢和焊接的熱影響而更加強烈地顯示出來。
鐵素體不銹鋼管在焊接時無淬火硬化現象,加熱大于950℃,焊縫及熱影響區晶粒嚴重粗大,而且無法用焊后熱處理來細化晶粒。鐵素體不銹鋼的塑性和韌性都很低,焊接性較差,又由于焊縫及熱影響區晶粒粗大,容易出現475℃脆性、高溫脆性及σ相析出所引起的焊接裂紋,因此要采用小線能量焊接工藝規范,防止晶粒粗大。焊接時應先將工件在70~100℃預熱,通常采用奧氏體不銹鋼焊條焊接,焊接時要特別關注在400~600℃和650~850℃溫度區間的加熱和冷卻速度,避免475℃脆性和σ相析出脆性。焊后作750~800℃退火處理以改善塑性,提高耐蝕性。
鐵素體不銹鋼(gang)的鑄造(zao)性能較差,鑄造(zao)收縮率一般(ban)為1.4%~1.6%,鑄造(zao)時晶(jing)粒(li)粗(cu)大(da)。鉻含量很高的鐵素體不銹鋼(gang),如2GCr28鋼(gang)鑄造(zao)時,鑄件的熱裂傾向性大(da)。
鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)不銹鋼(gang)的(de)鍛(duan)造(zao)性能較(jiao)好(hao)。與(yu)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)相比,鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)鋼(gang)的(de)再結晶(jing)速度(du)(du)較(jiao)高,再結晶(jing)溫(wen)(wen)度(du)(du)較(jiao)低(di),因(yin)此在(zai)塑性變(bian)(bian)形(xing)過程中晶(jing)粒長大(da)的(de)傾向(xiang)較(jiao)大(da);鍛(duan)造(zao)的(de)上(shang)限(xian)溫(wen)(wen)度(du)(du)應嚴格限(xian)制,一(yi)般鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)不銹鋼(gang)的(de)始鍛(duan)溫(wen)(wen)度(du)(du)為1040~1120℃。為了獲得細(xi)晶(jing)粒組織(zhi)和防止脆性,應恰當(dang)地控制變(bian)(bian)形(xing)量和終(zhong)(zhong)鍛(duan)溫(wen)(wen)度(du)(du),細(xi)化(hua)(hua)晶(jing)粒所必須的(de)最小(xiao)變(bian)(bian)形(xing)量隨溫(wen)(wen)度(du)(du)而定,700℃時約為5%,800~900℃時約為10%~15%,最后一(yi)次鍛(duan)打的(de)壓縮量不應低(di)于12%~20%,而終(zhong)(zhong)鍛(duan)溫(wen)(wen)度(du)(du)不高于800℃。為了避免(mian)因(yin)溫(wen)(wen)度(du)(du)過低(di)而產生冷作(zuo)硬(ying)化(hua)(hua),終(zhong)(zhong)鍛(duan)溫(wen)(wen)度(du)(du)不應低(di)于705℃。某廠(chang)制訂的(de)鍛(duan)造(zao)工藝的(de)終(zhong)(zhong)鍛(duan)溫(wen)(wen)度(du)(du)為705~790℃,作(zuo)者認為還是(shi)比較(jiao)合理的(de)。
由于鐵素體不銹鋼管導熱性差,當表面缺陷用砂輪清理時,局部過熱可以引起裂紋,需要用風鏟清理或剝皮的方法去除表面缺陷。
鐵素體不銹鋼管(guan)具有良好的切削加工性能,含硫和硒的易切削鐵素體不銹鋼,切削性能更佳。但鉻含量較高的鐵素體不銹鋼(如w(Cr)=25%~30%)),切削加工比較困難。
特別要提出的是,鐵素體不銹鋼管熱導率較低,在切削加工時容易出現局部過熱的現象,會使刀具切削刃加速損壞,為此可采用大型刀具并用切削液冷卻。
鐵素體不銹鋼在管一定溫度范圍內加熱和冷卻時不發生相變,因此不能通過熱處理來強化。其熱處理的目的,一是為了消除冷變形加工和焊接時所產生的內應力,改善加工性能;其次是通過熱處理消除鑄件在凝固時所產生的偏析,獲得單一的、均勻化的鐵素體組織,以及消除在焊接過程中所形成的相變產物和475℃脆性。