鐵素體不鏽鋼中,鉻含量較高的鋼也存在一些(xie)問題,主(zhu)要表現在以下方麵:
1. 脆性轉(zhuan)變溫度和缺口(kou)敏感性
鉻含量高於15%(質量分數)的普通鐵素體不鏽鋼(經正(zheng)常(chang)熱處理後)對(dui)缺口(kou)十(shi)分敏感,高鉻鐵素體不鏽鋼的韌性-脆性轉(zhuan)變溫度一般(ban)均高於室溫。有缺口(kou)才顯示室溫脆性,而且隨鉻含量的提高或缺口(kou)敏感度的增加,其脆性轉(zhuan)變溫度也隨之(zhi)升高。當溫度升至870℃時,缺口(kou)敏感性才完全(quan)消失。
造成缺口(kou)敏感性大和脆性轉(zhuan)變溫度高的主(zhu)要原因是,鋼中間隙元素,尤其是碳、氮和氧(yang)等含量較高,並與其化合物沉(chen)澱(dian)相關。這(zhe)些(xie)夾雜物和析出相往往處於應力集中處和裂(lie)紋起源處。
2. 475℃脆性
通常(chang)鐵素體不鏽鋼加熱至高溫,基本上不出現奧氏體相變,因此很難經淬(cui)火轉(zhuan)變成馬(ma)氏體而產生明顯強化。但經處理後,能夠明顯提高強度和硬(ying)度,而塑性和衝擊韌度卻明顯降低。
鉻含量超過12%的鐵素體不鏽鋼,加熱至340~540℃時,經一定(ding)時間後,鋼的硬(ying)度增加,衝擊韌度顯著(zhu)降低,尤其是在475℃時最為嚴重,因此稱為475℃脆性。產生475℃脆性的基本原因是由於一種(zhong)富鉻(uw(Cr)=61%~83%))的α'相的沉(chen)澱(dian)析出所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素促進475℃脆性。α'相的析出不僅帶來(lai)脆性,而且顯著(zhu)降低鐵素體不鏽鋼的耐蝕(shi)性。
3. σ相脆化
根據Fe-Cr相圖,當鉻含量在15%~70%(質量分數)範圍內,在500~800℃時存在σ相。它是一種(zhong)金屬間化合物,當w(Cr)=42%~50%~50%時,無磁性,具(ju)有四方晶(jing)格結(jie)構,屬高硬(ying)度脆性相。σ相首先產生於晶(jing)粒(li)邊(bian)界,呈鏈(lian)網(wang)或島(dao)狀,使鋼的硬(ying)度提高,卻顯著(zhu)降低鋼的塑性、缺口(kou)韌性及耐蝕(shi)性。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相的生成,C、N抑製其生成。提高鉻含量將顯著(zhu)加速σ相的形成。當)=25%~30%的鋼在熱處理時,冷卻速度慢(man)就會(hui)有σ相析出。焊接時長時間w(Cr)=25%-保溫能形成σ相,冷加工也會(hui)增大σ相的析出速度。
σ相可(ke)以通過加熱至800℃以上溫度,保溫一定(ding)時間使其溶解後快(kuai)速冷至室溫,而得以消除。
4. 高溫脆性
普通高鉻鐵素體不鏽鋼(間隙元素如碳、氮的含量在中等以上時)加熱至950~1000℃以上,急冷至室溫,其塑性和缺口(kou)韌性顯著(zhu)降低,稱為高溫脆性。鉻含量越高,脆性越大。當w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼,經過1000℃的加熱並保溫10h,冷卻後在常(chang)溫下的彎曲角(jiao)度為零。
這(zhe)種(zhong)脆性消除的辦(ban)法是,重新加熱750~850℃,即可(ke)以恢複其塑性。
高溫脆性十(shi)分有害(hai)。在焊接、在進行950℃以上熱處理或鑄(zhu)造工藝過程中,均會(hui)出現高溫脆性,同時耐蝕(shi)性也顯著(zhu)降低。
產生高溫脆性的基本原因是與碳、氮等間隙元素的化合物在晶(jing)界和晶(jing)內位錯上的析出有關。降低鋼中的碳、氮含量,減(jian)少(shao)甚至避(bi)免碳、滲氮合物的沉(chen)澱(dian)析出,可(ke)以大大改善高溫脆性。
5. 晶(jing)間腐蝕(shi)敏感性
普通高鉻鐵素體不鏽鋼在加熱過程中存在著(zhou)475℃脆性、σ相脆性和高溫脆性三個脆化溫度。由於富鉻的α'相、σ相或碳滲氮合物的析出等原因,不僅引起脆化,而且帶來(lai)晶(jing)間腐蝕(shi)敏感性,使其耐蝕(shi)性顯著(zhu)降低,尤其是當溫度超過900~950℃而後快(kuai)速冷卻時,具(ju)有十(shi)分敏感的晶(jing)間腐蝕(shi)傾(qing)向。即使鋼中碳、氮含量較低,如在自來(lai)水這(zhe)樣(yang)弱的腐蝕(shi)條件下,經高溫空冷或在焊縫區也會(hui)發生晶(jing)間腐蝕(shi)。
退火溫度過高,空冷時產生敏化,隨後酸洗時,就會(hui)出現晶(jing)間腐蝕(shi)。
消除晶(jing)間腐蝕(shi)敏感性的辦(ban)法是,把敏化了的鐵素體不鏽鋼用短(duan)時間重新加熱至700~850℃,並快(kuai)速冷卻即可(ke)消除。
焊接或高溫淬(cui)火,因經過其脆化溫度區的時間短(duan)暫(zan),故(gu)一般(ban)來(lai)不及出現脆化。
鐵素體不鏽鋼的用途之(zhi)所以有限(xian),與上述因素有關。
鐵素體不鏽鋼主(zhu)要用於化學工業,也可(ke)以作為耐高溫材料。