在一定温度条件下,不锈钢中的合金元素不仅决定钢的基体组织,而且在冷、热加工,热处理,焊接以及在使用过程中,各元素间相互作用还会在不锈钢基体上析出碳化物、氮化物和各种金属间化合物。它们的存在对不锈钢的性能也有重要影响。
一、不锈钢中常见的化合物及合金元素的作用
不锈钢中常见的碳、氮化合物和金属间化合物及合金元素的作用见表2.1。
二、碳、氮化合物和金属间化合物对不锈钢性能的影响
①. 碳化物
a. 铬碳化物
常见的是 (或 为、Cr、Mo等元素)。几乎存在于所有各类不锈钢中。随碳量增加/降低,钢中铬碳化物析出增多/减少。中富铬且多分布在晶界上,因而它的析出常常导致其周围铬贫化而引起不锈钢的晶间腐蚀。
b. 钛和铌的碳化物
常见的是TiC和NbC。钢中加入钛、铌与钢中碳作用便可形成TiC、NbC。由于它们与碳的亲和力远远大于铬,因此TiC、NbC的优先形成可防止形成所引起的晶间腐蚀。TiC和NbC可提高不锈钢的室温和高温强度,但对铁素体不锈钢的韧性不利。
②. 氮化物
主要出现在含氮的奥氏体不锈钢和双相不锈钢中。常见的有和 仅当钢中含氮量较高时才会出现。沿晶界析出也会引起铬贫化而提高含氮不锈钢的晶间腐蚀敏感性。在双相不锈钢中,和 在铁素体基体上和晶界形成,还可引起脆性。在铁素体相中易析出也表明了氮在铁素体中的低溶解度和高扩散速率的特点。
③. 金属间化合物
a’相
富铬的FeCr金属间化合物,其含铬量可高达61%~83%,而含铁量仅37.0%~17.5%。在铁素体不锈钢中含铬量>15%便可产生α'。由于它既硬又脆且富铬,因此既引起不锈钢塑、韧性显著下降,而且耐蚀性也恶化,α'主要存在于铁素体和F+A双相不锈钢中。
σ 相
富铬的FeCr(Mo)金属间化合物。钢中铬(钼)量对σ相的形成起主要作用。σ相也是既硬又脆且富铬的金属间化合物,其周围常常是贫铬区。因此,σ相在使钢塑、韧性下降产生严重脆化的同时,也会导致不锈钢的耐蚀性下降。
χ相
既富铬又富钼的FeCrMo金属间化合物,它的化学式为Fe36Cr12 Mo10和。此化合物常出现在富铬、钼的铁素体,奥氏体和F+A 双相不锈钢中,它对不锈钢性能的影响基本与σ相相同。
γ'相
主要存在于含有Al、Ti、Nb的沉淀硬化不锈钢和一些要求耐热高强度的奥氏体不锈钢中,它们的化学式有Ni3Al、Ni3Ti、等。γ'较硬,主要在晶内弥散析出从而可提高钢的室温和中温强度,但并没有σ 相等的破坏性脆化。
β相
主要存在于含有Al、Ti的沉淀硬化不锈钢中,在晶内弥散析出,提高不锈钢的室温和高温强度。
η相(Laves)
存在于含有Ti、Nb、Mo的不锈钢中,它们的化学式为、和等,在晶内析出,由于它硬而脆,因而对不锈钢的塑、韧性有害。
ε相
是一种富铜金属间相,它可存在于含有较高铜量的所有类型不锈钢中。它在沉淀硬化不锈钢中晶内弥散析出后,可提高钢的室温和中温强度;而在马氏体、铁素体和奥氏体等不锈钢中,富铜的ε相还可使钢的表面具有抗菌性。