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(xiàn)在以下方面:
1. 脆性轉(zhuǎn)變溫度和缺口敏感性
鉻含量高于15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的普通鐵素體不銹鋼(經(jīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)變溫度也隨之升高。當(dāng)溫度升至870℃時,缺口敏感性才完全消失。
造成缺口敏感性大和脆性轉(zhuǎn)變溫度高的主要原因是,鋼中間隙元素,尤其是碳、氮和氧等含量較高,并與其化合物沉淀相關(guān)。這些夾雜物和析出相往往處于應(yīng)力集中處和裂紋起源處。
2. 475℃脆性
通常鐵素體不銹鋼加熱至高溫,基本上不出現(xiàn)奧氏體相變,因此很難經(jīng)淬火轉(zhuǎn)變成馬氏體而產(chǎn)生明顯強化。但經(jīng)處理后,能夠明顯提高強度和硬度,而塑性和沖擊韌度卻明顯降低。
鉻含量超過12%的鐵素體不銹鋼,加熱至340~540℃時,經(jīng)一定時間后,鋼的硬度增加,沖擊韌度顯著降低,尤其是在475℃時最為嚴(yán)重,因此稱為475℃脆性。產(chǎn)生475℃脆性的基本原因是由于一種富鉻(uw(Cr)=61%~83%))的α'相的沉淀析出所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素促進475℃脆性。α'相的析出不僅帶來脆性,而且顯著降低鐵素體不銹鋼的耐蝕性。
3. σ相脆化
根據(jù)Fe-Cr相圖,當(dāng)鉻含量在15%~70%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))范圍內(nèi),在500~800℃時存在σ相。它是一種金屬間化合物,當(dāng)w(Cr)=42%~50%~50%時,無磁性,具有四方晶格結(jié)構(gòu),屬高硬度脆性相。σ相首先產(chǎn)生于晶粒邊界,呈鏈網(wǎng)或島狀,使鋼的硬度提高,卻顯著降低鋼的塑性、缺口韌性及耐蝕性。Mo、Si、Ni、Mn等促進σ相的生成,C、N抑制其生成。提高鉻含量將顯著加速σ相的形成。當(dāng))=25%~30%的鋼在熱處理時,冷卻速度慢就會有σ相析出。焊接時長時間w(Cr)=25%-保溫能形成σ相,冷加工也會增大σ相的析出速度。
σ相可以通過加熱至800℃以上溫度,保溫一定時間使其溶解后快速冷至室溫,而得以消除。
4. 高溫脆性
普通高鉻鐵素體不銹鋼(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,其塑性和缺口韌性顯著降低,稱為高溫脆性。鉻含量越高,脆性越大。當(dāng)w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的鋼,經(jīng)過1000℃的加熱并保溫10h,冷卻后在常溫下的彎曲角度為零。
這種脆性消除的辦法是,重新加熱750~850℃,即可以恢復(fù)其塑性。
高溫脆性十分有害。在焊接、在進行950℃以上熱處理或鑄造工藝過程中,均會出現(xiàn)高溫脆性,同時耐蝕性也顯著降低。
產(chǎn)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界和晶內(nèi)位錯上的析出有關(guān)。降低鋼中的碳、氮含量,減少甚至避免碳、滲氮合物的沉淀析出,可以大大改善高溫脆性。
5. 晶間腐蝕敏感性
普通高鉻鐵素體不銹鋼在加熱過程中存在著475℃脆性、σ相脆性和高溫脆性三個脆化溫度。由于富鉻的α'相、σ相或碳滲氮合物的析出等原因,不僅引起脆化,而且?guī)砭чg腐蝕敏感性,使其耐蝕性顯著降低,尤其是當(dāng)溫度超過900~950℃而后快速冷卻時,具有十分敏感的晶間腐蝕傾向。即使鋼中碳、氮含量較低,如在自來水這樣弱的腐蝕條件下,經(jīng)高溫空冷或在焊縫區(qū)也會發(fā)生晶間腐蝕。
退火溫度過高,空冷時產(chǎn)生敏化,隨后酸洗時,就會出現(xiàn)晶間腐蝕。
消除晶間腐蝕敏感性的辦法是,把敏化了的鐵素體不銹鋼用短時間重新加熱至700~850℃,并快速冷卻即可消除。
焊接或高溫淬火,因經(jīng)過其脆化溫度區(qū)的時間短暫,故一般來不及出現(xiàn)脆化。
鐵素體不銹鋼的用途之所以有限,與上述因素有關(guān)。
鐵素體不銹鋼主要用于化學(xué)工業(yè),也可以作為耐高溫材料。