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什么是奥氏体不锈钢

来源:博创兴(博创兴金属整理发布)   时间:2021-10-16

奥氏体不锈钢是不锈钢中应用最广泛、牌号种类最多的钢种,也是较重要的一类不锈钢。这是由其具有的一些特点所决定的。

一、奥氏体不锈钢的成分特点

奥氏体不锈钢最基本的合金元素是铬和镍,代表性的牌号是含铬为18%左右、含镍为8%左右的铬-镍奥氏体不锈钢,常称为18-8不锈钢。铬和镍的元素配比基本上保证了钢的组织是稳定的奥氏体。

奥氏体不锈钢的发展很快,为了适应不同条件的需要,在18-8钢的基础上,改变碳的含量或添加其他合金元素,赋予了这类不锈钢更优良的性能。

(1)降低碳的含量或加入钛、铌元素,可提高耐晶间腐蚀性能,钛或铌的加入量有一定的要求,见本书第一章第二节的内容。钛加入量及Ti/C比与晶间腐蚀的关系见图3-1。

(2)加入钼、铜元素可提高在硫酸中的耐腐蚀性。钼及铜对18-8钢在硫酸中耐腐蚀性的影响分别见图3-2和图3-3。

18-8钢加入1.5%~4%的钼,还可提高在各种有机酸、硫酸盐、漂白粉等介质中的耐腐蚀性能,但加钼的不锈钢不适合在硝酸中使用。在奥氏体不锈钢中加入钼量过高时,可能会因出现较多量的δ-铁素体和σ相而引起脆性及晶间腐蚀性降低,特别是经过敏化处理时,高钼的不利作用更突出,见图3-2中的线2。

图3-1 1Cr18Ni9Ti钢中Ti/C与晶间腐蚀的关系

(H2 SO4-CuSO4溶液检验)

●不满意 ○满意

图3-2 钼对18-8钢在70℃的10%硫酸中的耐腐蚀性能的影响

1.1 1 0 0~1 1 5 0℃空气冷却 2.1+ 6 5 0℃4 h空气冷却

图3-3 铜对18-8钢在40℃的硫酸中的耐腐蚀性能影响

1.不含铜 2.含2. 4 5%铜

铜加入铬-镍奥氏体不锈钢中,会提高在硫酸中的耐腐蚀性,但加入某些铬-锰-氮不锈钢中时,可能会使产生晶间腐蚀的敏化温度范围扩大,出现晶间腐蚀的敏化时间缩短,而产生不利影响,在热处理或使用时应予以注意。

(3)加入硅并提高铬、镍等元素的含量,可提高不锈钢在浓硝酸中的耐腐蚀性。

(4)奥氏体不锈钢中加入钼或氮元素,可以提高在含有氯离子介质中的抗点腐蚀性能,以0Cr18Ni9和0Cr17Ni12Mo2N两种奥氏体不锈钢比较,前者抗点蚀指数只为18,而后者的抗点蚀指数可达27,0Cr17Ni12Mo2N抗点蚀能力远高于0Cr18Ni9钢。

(5)锰和氮可以取代铬-镍奥氏体不锈钢中的镍,以节约稀有贵重金属镍。

(6)奥氏体不锈钢大幅度降低碳的含量,严格限制钽(T a)、钴的含量,可改变原子核性质,而应用于原子能工业。

加入某些合金元素时,考虑元素对组织的稳定作用,在铬、镍的含量上允许做适当的调整。

对于铬-镍奥氏体不锈钢,在含有其他合金元素时,为保证钢的组织是完全奥氏体组织,镍的含量应不小于下列经验公式所给出的数值: Ni≥1.1(Cr+ Mo+ 1.5Si+ 1.5Nb)-0.5Mn-30C-8.2。

式中各元素符号分别表示该元素在钢中的质量百分数含量。当钢中镍的含量低于按此公式的计算值时,则钢的组织不完全是奥氏体,可能还有一定量的δ-铁素体。此公式适用于自高温快速冷却钢的组织。

对于以锰、氮代镍的Cr-Mn-Ni-N奥氏体不锈钢,当锰含量在5%~14%范围时,为保证在1150℃时能具有完全奥氏体组织,所需要的碳加氮的最小含量应满足下列公式:

C+ N≥0.078[Cr+ 0.63W+ 1.4Mo+ 2.5V+ 2.8Nb+ 1.74(Si-0.5)-12.5]-0.05Ni

式中各元素符号分别表示该元素在钢中的质量百分数含量。

在18-8钢基础上,奥氏体不锈钢的发展变化过程见图3-4。

图3-4除显示了奥氏体不锈钢外,还显示了在奥氏体不锈钢基础上,通过调整铬、镍含量或加入其他合金元素后演变而来的部分耐腐蚀合金和沉淀硬化不锈钢。

我国标准中,奥氏体不锈钢棒材、锻材和铸材的部分牌号及化学成分见表3-1。

二、奥氏体不锈钢力学性能特点

奥氏体不锈钢的组织结构决定了其力学性能的特点是强度较低而塑性和韧性较高。在我国不锈钢标准中,给定的奥氏体不锈钢抗拉强度一般为480~520N/mm2;个别的还有400N/mm2。按标准,奥氏体不锈钢锻材、轧材没给出冲击试验值,实际上,奥氏体不锈钢固溶化热处理后的冲击功(A KU2)可达120J或更高。奥氏体不锈钢的力学性能不能通过热处理进行调整。

常见奥氏体不锈钢固溶化热处理后的力学性能见表3-2。

表3-2 常见奥氏体不锈钢热处理制度及力学性能值

续表

续表

续表

续表

注:对于棒材或锻件,力学性能仅适用于不大于180mm尺寸。

奥氏体不锈钢不仅在常温时有好的韧性,在低温条件下也能保持较高的韧性,这种特性甚至可以保持到-150℃。随着使用温度的下降,强度有升高的趋势。

由于奥氏体不锈钢含有较高的铬、镍、铜等合金元素,在较高温度下有好的抗氧化性和一定的强度,有的可作为耐热钢使用。

奥氏体不锈钢虽然不能用热处理方法调整力学性能,但可以利用冷作硬化来改善强度,应用于制造标准件或小截面机械零件。

奥氏体不锈钢的冷作硬化效果与其含碳量和变形量有关。

碳含量对铬-镍奥氏体不锈钢冷作硬化效果的影响见图3-5。随碳含量的增加,冷作硬化效果增强。

图3-5碳量对铬-镍奥氏体不锈钢冷加工硬化效果影响

1.18%Cr,8%Ni 2.18%Cr,12%Ni

冷加工变形量对铬-镍奥氏体不锈钢抗拉强度的影响见图3-6。随冷加工变形量的增加,冷作硬化效果增强。

三、奥氏体不锈钢耐腐蚀特点

1.耐全面腐蚀性能

18-8型奥氏体不锈钢对氧化性介质,如大气、稀硝酸或中等浓度的硝酸、浓硫酸是耐腐蚀的,在氢氧化钠和氢氧化钾的溶液中,在相当宽的浓度和温度范围内有较好的耐腐蚀性。而在还原性介质,如盐酸、亚硫酸中不耐腐蚀,在浓硝酸中也不耐腐蚀。

什么是奥氏体不锈钢

图3-6 冷加工对18-8钢抗拉强度的影响

含钼的奥氏体不锈钢在有机酸和某些还原性酸中有好的耐腐蚀性,在硝酸中不耐腐蚀。

含高硅的铬-镍奥氏体不锈钢在浓硝酸中耐腐蚀性好。

含钼、铜、硅的奥氏体不锈钢在硫酸介质中有更好的耐腐蚀性。

铬-锰-氮系奥氏体不锈钢在腐蚀性不太强的介质中,如室温下的硝酸、甲酸、醋酸等介质,耐腐蚀性与18-8奥氏体不锈钢相当,但在腐蚀性较强的介质中,如高温硝酸、硫酸、磷酸,耐腐蚀性不如18-8奥氏体不锈钢。

2.耐晶间腐蚀性能

奥氏体不锈钢加热后在850~400℃区间缓慢冷却时,铬的碳化物会从晶界析出,使晶界处产生局部贫铬区,从而产生晶间腐蚀。

奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀能力与含碳量有关,含碳量越低,抗晶间腐蚀能力越强,如图3-7所示。

图3-7 碳含量对0Cr18Ni9不锈钢(650℃敏化处理2h)在65%硝酸腐蚀试验中腐蚀率的影响

从图3-7可以看出,奥氏体不锈钢中含碳量在0.03%以下时,对晶间腐蚀不太敏感。

含稳定化元素钛或铌的奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力优于不含稳定化元素的奥氏体不锈钢。

节镍的铬-锰-镍-氮系奥氏体不锈钢有晶间腐蚀倾向,但不一定比不含稳定化元素的铬-镍奥氏体不锈钢严重。而且,在相同的腐蚀率下,其允许的极限含碳量比1Cr18Ni9钢高,见图3-8。

3.耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀性能

奥氏体不锈钢中,能提高耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀的合金元素是铬、镍、钼、氮,所以,在奥氏体不锈钢中,含这些元素多的,耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀性能好。

图3-8 Cr-Mn-Ni-N钢及18-8钢的腐蚀率与含碳量的关系(在沸腾的65%硝酸中)

1.Cr-Mn-Ni-N钢 2.1 8-8钢

4.耐应力腐蚀开裂性能

奥氏体不锈钢对应力腐蚀开裂敏感。钢中的含镍量对提高耐应力腐蚀开裂有重要的作用。

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