铁素体不锈钢中,铬含量较高的钢也存在一些问题,主要表现在以下方面:



1. 脆性转变温度和缺口敏感性


    铬含量高于15%(质量分数)的普通铁素体不锈钢(经正常热处理后)对缺口十分敏感,高铬铁素体不锈钢的韧性-脆性转变温度一般均高于室温。有缺口才显示室温脆性,而且随铬含量的提高或缺口敏感度的增加,其脆性转变温度也随之升高。当温度升至870℃时,缺口敏感性才完全消失。


   造成缺口敏感性大和脆性转变温度高的主要原因是,钢中间隙元素,尤其是碳、氮和氧等含量较高,并与其化合物沉淀相关。这些夹杂物和析出相往往处于应力集中处和裂纹起源处。



2. 475℃脆性


   通常铁素体不锈钢加热至高温,基本上不出现奥氏体相变,因此很难经淬火转变成马氏体而产生明显强化。但经处理后,能够明显提高强度和硬度,而塑性和冲击韧度却明显降低。


   铬含量超过12%的铁素体不锈钢,加热至340~540℃时,经一定时间后,钢的硬度增加,冲击韧度显著降低,尤其是在475℃时最为严重,因此称为475℃脆性。产生475℃脆性的基本原因是由于一种富铬(uw(Cr)=61%~83%))的α'相的沉淀析出所致。Al、Si、Mo、Nb、Ti、Mn、V等元素促进475℃脆性。α'相的析出不仅带来脆性,而且显著降低铁素体不锈钢的耐蚀性。



3. σ相脆化


   根据Fe-Cr相图,当铬含量在15%~70%(质量分数)范围内,在500~800℃时存在σ相。它是一种金属间化合物,当w(Cr)=42%~50%~50%时,无磁性,具有四方晶格结构,属高硬度脆性相。σ相首先产生于晶粒边界,呈链网或岛状,使钢的硬度提高,却显著降低钢的塑性、缺口韧性及耐蚀性。Mo、Si、Ni、Mn等促进σ相的生成,C、N抑制其生成。提高铬含量将显著加速σ相的形成。当)=25%~30%的钢在热处理时,冷却速度慢就会有σ相析出。焊接时长时间w(Cr)=25%-保温能形成σ相,冷加工也会增大σ相的析出速度。


   σ相可以通过加热至800℃以上温度,保温一定时间使其溶解后快速冷至室温,而得以消除。



4. 高温脆性


   普通高铬铁素体不锈钢(间隙元素如碳、氮的含量在中等以上时)加热至950~1000℃以上,急冷至室温,其塑性和缺口韧性显著降低,称为高温脆性。铬含量越高,脆性越大。当w(C)=0.2%、w(Cr)=25%的钢,经过1000℃的加热并保温10h,冷却后在常温下的弯曲角度为零。


   这种脆性消除的办法是,重新加热750~850℃,即可以恢复其塑性。


   高温脆性十分有害。在焊接、在进行950℃以上热处理或铸造工艺过程中,均会出现高温脆性,同时耐蚀性也显著降低。


   产生高温脆性的基本原因是与碳、氮等间隙元素的化合物在晶界和晶内位错上的析出有关。降低钢中的碳、氮含量,减少甚至避免碳、渗氮合物的沉淀析出,可以大大改善高温脆性。



5. 晶间腐蚀敏感性


   普通高铬铁素体不锈钢在加热过程中存在着475℃脆性、σ相脆性和高温脆性三个脆化温度。由于富铬的α'相、σ相或碳渗氮合物的析出等原因,不仅引起脆化,而且带来晶间腐蚀敏感性,使其耐蚀性显著降低,尤其是当温度超过900~950℃而后快速冷却时,具有十分敏感的晶间腐蚀倾向。即使钢中碳、氮含量较低,如在自来水这样弱的腐蚀条件下,经高温空冷或在焊缝区也会发生晶间腐蚀。


   退火温度过高,空冷时产生敏化,随后酸洗时,就会出现晶间腐蚀。


   消除晶间腐蚀敏感性的办法是,把敏化了的铁素体不锈钢用短时间重新加热至700~850℃,并快速冷却即可消除。


   焊接或高温淬火,因经过其脆化温度区的时间短暂,故一般来不及出现脆化。


   铁素体不锈钢的用途之所以有限,与上述因素有关。


   铁素体不锈钢主要用于化学工业,也可以作为耐高温材料。





联系方式.jpg