碳和氮在铁素体不锈钢中是不受欢迎的,因为它们除了能使钢强化外,对钢的其他各种性能都是不利的,如升高韧脆转变温度、增大缺口敏感性、降低焊后耐蚀性等。由于冶金技术的进步,目前工业规模上已可生产出超低碳、氮的高纯(C+N含量不大于0.015%)铁素体不锈钢,使铁素体不锈钢的一些不足得到了很大程度的克服。


  碳和氮都是扩大Fe-Cr合金中γ相区的元素,使α+y两相区向更高铬含量方向移动(图9.18和图9.19),因而使碳、氮含量较高的铁素体不锈钢中可能出现铁素体+马氏体的双相结构。


  由于碳、氮在铁素体中的溶解度很低,铁素体不锈钢在高温加热后的随后冷却过程中会有碳、氮化物析出,它们对铁素体不锈钢的性能产生重要的影响。


  碳、氮含量的增加将使铁素体不锈钢的冲击韧性下降,特别是钢中铬含量高达15%~18%时更为明显,同时使钢的韧脆转变温度明显上移,增加钢的缺口敏感性。


  铁素体不锈钢中碳、氮含量的增加也加强了钢的冷却速率效应和尺寸效应。前者指随冷却速率的不同,钢的韧性有很大的不同,后者是指随截面尺寸的变化,钢的韧性有很大的不同。


  除碳、氮外,铁素体不锈钢中的氧含量对其韧性也有类似的影响。


  碳、氮在铁素体不锈钢中存在的另一重要影响是使其具有很高的晶间腐蚀敏感性,其敏感程度随钢中C+N含量的增加而增加,其敏感程度远高于一般18Cr-8Ni奥氏体不锈钢。图9.36为含0.05%C的Cr17钢与18Cr-8Ni奥氏体不锈钢碳化物沉淀与晶间腐蚀的温度-时间曲线,图中阴影部分为晶间腐蚀敏感区。


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  碳、氮在铁素体中的溶解度低,而碳、铬在α相中的扩散速率比在γ相中快得多,因此铁素体不锈钢在高温加热后的冷却过程中,包括快速冷却,极易析出碳化物和氮化物。其敏化行为与奥氏体不锈钢不同,除了如图9.36所示,在400~600℃区间,因析出Cr23C6而出现敏化区外,在1100℃以上的高温区域也可以出现敏化区,这是由于从高温冷却过程中经过400~600℃生成Cr23C6所致。在两个敏化区之间的700~850℃生成Cr23C6时,由于铬的再扩散而补充了因形成Cr23C6所需要的Cr,因而不产生贫铬区,敏化现象消失。


  一些研究结果还指出,碳、氮在铁素体不锈钢中对耐一般腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀、耐应力腐蚀等都是有害的。