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(xing)轉變溫度和(he)缺口敏感性(xing)
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)敏感性大和(he)(he)脆性轉變溫度高的主(zhu)要(yao)原因(yin)是(shi),鋼中(zhong)間隙元素,尤其(qi)是(shi)碳(tan)、氮和(he)(he)氧等含量較高,并(bing)與其(qi)化合物沉淀相關(guan)。這些(xie)夾雜物和(he)(he)析出相往(wang)往(wang)處(chu)(chu)于應(ying)力(li)集中(zhong)處(chu)(chu)和(he)(he)裂紋起(qi)源處(chu)(chu)。
2. 475℃脆性
通常鐵素(su)體不(bu)銹鋼加熱(re)至高溫,基本上不(bu)出現奧氏(shi)體相變(bian)(bian),因此很難經淬火轉(zhuan)變(bian)(bian)成馬(ma)氏(shi)體而(er)產生明顯(xian)強化。但經處理后,能夠(gou)明顯(xian)提高強度和硬(ying)度,而(er)塑性(xing)和沖擊韌度卻明顯(xian)降低。
鉻含量超過12%的(de)(de)(de)鐵素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),加熱至340~540℃時(shi)(shi),經一定(ding)時(shi)(shi)間(jian)后,鋼(gang)的(de)(de)(de)硬度(du)增(zeng)加,沖擊韌度(du)顯著(zhu)降(jiang)低(di),尤其是(shi)(shi)在475℃時(shi)(shi)最(zui)為嚴重,因(yin)此稱為475℃脆性。產(chan)生(sheng)475℃脆性的(de)(de)(de)基本原因(yin)是(shi)(shi)由于一種(zhong)富鉻(uw(Cr)=61%~83%))的(de)(de)(de)α'相(xiang)的(de)(de)(de)沉淀析出(chu)所致(zhi)。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元(yuan)素(su)促進475℃脆性。α'相(xiang)的(de)(de)(de)析出(chu)不(bu)(bu)僅帶來脆性,而且顯著(zhu)降(jiang)低(di)鐵素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)耐蝕性。
3. σ相脆化
根據(ju)Fe-Cr相(xiang)(xiang)圖,當(dang)鉻含量(liang)在(zai)15%~70%(質量(liang)分數)范(fan)圍內,在(zai)500~800℃時(shi)存在(zai)σ相(xiang)(xiang)。它是一種金屬(shu)間化合物,當(dang)w(Cr)=42%~50%~50%時(shi),無磁性(xing),具有(you)四方晶格結(jie)構(gou),屬(shu)高硬度(du)(du)脆(cui)性(xing)相(xiang)(xiang)。σ相(xiang)(xiang)首先產生(sheng)于晶粒邊界,呈(cheng)鏈(lian)網或(huo)島狀,使鋼(gang)(gang)的硬度(du)(du)提(ti)高,卻顯著(zhu)降低鋼(gang)(gang)的塑(su)性(xing)、缺口(kou)韌性(xing)及(ji)耐蝕(shi)性(xing)。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相(xiang)(xiang)的生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng),C、N抑(yi)制其(qi)生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)。提(ti)高鉻含量(liang)將顯著(zhu)加速(su)σ相(xiang)(xiang)的形成(cheng)(cheng)(cheng)。當(dang))=25%~30%的鋼(gang)(gang)在(zai)熱(re)處理時(shi),冷(leng)卻速(su)度(du)(du)慢(man)就(jiu)會(hui)有(you)σ相(xiang)(xiang)析(xi)出。焊(han)接(jie)時(shi)長時(shi)間w(Cr)=25%-保溫(wen)能(neng)形成(cheng)(cheng)(cheng)σ相(xiang)(xiang),冷(leng)加工也(ye)會(hui)增(zeng)大(da)σ相(xiang)(xiang)的析(xi)出速(su)度(du)(du)。
σ相可(ke)以通過加熱(re)至(zhi)800℃以上溫(wen)(wen)度,保溫(wen)(wen)一定時間使其溶解(jie)后(hou)快速(su)冷至(zhi)室溫(wen)(wen),而得以消除。
4. 高溫脆性
普通高(gao)鉻鐵素(su)體不(bu)銹(xiu)鋼(間隙(xi)元素(su)如(ru)碳、氮的(de)含量在中等以(yi)上時)加(jia)熱至950~1000℃以(yi)上,急冷至室溫,其塑(su)性(xing)(xing)和(he)缺口(kou)韌性(xing)(xing)顯著降低,稱為高(gao)溫脆性(xing)(xing)。鉻含量越(yue)(yue)高(gao),脆性(xing)(xing)越(yue)(yue)大。當(dang)w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的(de)鋼,經過(guo)1000℃的(de)加(jia)熱并保溫10h,冷卻后在常溫下的(de)彎曲(qu)角度為零。
這種脆性消除的辦(ban)法是,重(zhong)新加熱750~850℃,即可(ke)以恢(hui)復其塑性。
高溫脆性(xing)十分(fen)有害。在焊接、在進行(xing)950℃以上熱處理(li)或鑄造工藝過程中,均會(hui)出(chu)現高溫脆性(xing),同時(shi)耐(nai)蝕性(xing)也顯著降低。
產生高溫脆(cui)性(xing)的基本原因(yin)是與碳(tan)、氮(dan)等(deng)間隙元素的化合物(wu)(wu)在(zai)晶界和晶內位(wei)錯上的析(xi)出有關。降(jiang)低(di)鋼中的碳(tan)、氮(dan)含(han)量,減少甚至(zhi)避免碳(tan)、滲(shen)氮(dan)合物(wu)(wu)的沉淀析(xi)出,可(ke)以大(da)大(da)改善高溫脆(cui)性(xing)。
5. 晶間腐蝕敏感性
普通(tong)高鉻鐵素體不銹鋼(gang)在加熱過程中存在著475℃脆性(xing)、σ相脆性(xing)和(he)高溫(wen)脆性(xing)三個脆化溫(wen)度(du)。由于富鉻的(de)α'相、σ相或碳(tan)滲氮(dan)合物的(de)析出等原因,不僅引(yin)起脆化,而(er)且帶來(lai)(lai)晶間腐(fu)(fu)蝕敏(min)感性(xing),使其耐(nai)蝕性(xing)顯著降低,尤(you)其是當溫(wen)度(du)超(chao)過900~950℃而(er)后快(kuai)速冷(leng)卻時,具有十分敏(min)感的(de)晶間腐(fu)(fu)蝕傾向。即使鋼(gang)中碳(tan)、氮(dan)含量較低,如在自來(lai)(lai)水這(zhe)樣弱的(de)腐(fu)(fu)蝕條件下,經高溫(wen)空(kong)冷(leng)或在焊縫(feng)區也會發生晶間腐(fu)(fu)蝕。
退火溫度過高,空(kong)冷時(shi)產(chan)生敏化(hua),隨后酸洗時(shi),就會出(chu)現晶間腐蝕。
消除(chu)晶間(jian)腐蝕敏(min)感性的辦法是,把(ba)敏(min)化了的鐵素體不(bu)銹鋼(gang)用短時間(jian)重新加熱至700~850℃,并快速冷(leng)卻即可消除(chu)。
焊接或高溫淬火,因經過其脆(cui)化(hua)(hua)溫度區的時間(jian)短(duan)暫,故(gu)一般(ban)來不(bu)及出現脆(cui)化(hua)(hua)。
鐵素體不銹鋼(gang)的用途(tu)之所以有限,與上述因(yin)素有關。
鐵素體不銹鋼主(zhu)要用于化學工業,也可以作為耐高溫(wen)材料。