图1 奥氏体不锈钢中的固溶强化效应
铬是奥氏体不锈钢中最主要的合金元素,在介质的作用下,铬能促进钢的钝化使之具有不锈性和耐蚀性。早期的研究工作表明,在铬镍奥氏体不锈钢中,碳含量为0.1%,铬含量为18% 时,自1100℃速冷,能在室温获得单一介稳定奥氏体组织所需的镍含量最低值约为 8%。因此,常用的18Cr-8M型奥氏体不锈钢是铬、镍配比最为适宜的一种钢。在奥氏体不锈钢中,随着铬含量的增加,σ相形成的倾向加大,当钢中含有钼时,铬含量的增加还会促进χ相的形成。这些金属间化合物的析出显著降低钢的塑性和韧性,而且在一些条件下还降低钢的耐蚀性。奥氏体不锈钢中铬含量的提高将降低马氏体转变温度Ms,从而提高奥氏体的稳定性。因此,铬含量超过20%的高铬奥氏体不锈钢即使经过冷加工和低温处理也很难出现马氏体组织。
图2 铬对 Fe-Cr-1ONi奥氏体 不锈钢耐蚀性的影响
图3 镍对 022Cr25Ni25Si2V2Nb 钢σ相析出量的影响
图4 镍含量对 18Cr-15Mn-0.4N钢低温(-196℃)冲击功的影响
镍可显著降低奥氏体不锈钢的冷加工硬化倾向。这主要是由于镍增大了奥氏体的稳定性,减少以至消除了冷加工过程中的马氏体转变,而镍对奥氏体本身的冷加工硬化作用不明显。镍提高奥氏体不锈钢的钝化倾向和热力学稳定性,因而提高合金的耐均匀腐蚀性能和耐氧化性介质的性能;随着镍含量的增加,耐还原性介质的性能进一步得到改善。在奥氏体不锈钢中,镍是提高其在一些介质中耐穿晶型应力腐蚀的唯一重要元素。镍含量的增加能降低碳在奥氏体钢中的溶解度,使碳化物的析出倾向增强,其产生晶间腐蚀的临界碳含量降低,即晶间腐蚀的敏感性增加。为获得良好的耐晶间腐蚀性能,须将钢中碳含量降至更低水平。图 5为铬镍奥氏体钢产生晶间腐蚀的铬、镍含量与临界碳含量的关系,证实了铬的有益作用和镍的有害作用。至于对奥氏体不锈钢耐点蚀的缝隙腐蚀的性能,镍的作用不显著。
图5铬镍奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的铬、镍含与临界碳含量的关系
图6钼对18%Cr-10%~15%Ni钢在海洋大气挂片条件下点腐蚀的影响
图7铜含量对铬镍奥氏体不锈钢(wc≤0.08%)室温力学性能与加工硬化指数的影响
图8 Cr,Mn对N在14%Ni奥氏体钢中溶解度的影响
图9 Cr18Mn15N不锈钢的低温韧性
图10硅含量对022Cr18Ni15Si不锈钢析出相的影响
图12氮对022Cr19Ni10钢室温力学性能的影响
图13固溶氮含量对奥氏体不锈钢(18Cr18Mn-N)屈服强度和断裂韧度的影响
其他元素
硫在奥氏体不锈钢中被视为有害杂质 ,其含量被限制在0.03%一 0.035%。硫的有害作用主要是:降低奥氏体不锈钢的热塑性,影响钢的热加工性, 这是由于在高温下 MnS或(Fe,Mn)S沿晶界析出有关;硫还降低奥氏体不锈钢的耐蚀性,MnS易溶于酸性氯化物溶液,常成为腐蚀源导致耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀性能的显著降低。
硫的加入可提高奥氏体不锈钢的切削加工性能,在易切削奥氏体不锈钢中,硫被视为合金元素。
磷在奥氏体不锈钢中一般被视为有害杂质,标准中规定磷含量不大于 0.035%-0.045%,在Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N奥氏体不锈钢中,磷含量可以放宽到0.06%,磷的有害作用主要是:显著降低铬镍奥氏体不锈钢在固溶态和敏化态下耐各种浓度硝酸腐蚀的性能;明显增强铬镍奥氏体不锈钢在浓硝酸和含 Cr5+ 的硝酸中固溶态晶间腐蚀的敏感性,降低在这些使用条件下的耐蚀性。磷的这种有害作用多用磷的晶界偏聚来解释。在某些条件下,铬镍奥氏体不锈钢中的磷含量应控制在0.01%以下,有的用途甚至要低于0.005%。
文章来源:整理自《钢的成分、组织、性能》。
联系客服