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不銹鋼的耐腐蝕性能

不銹鋼的耐腐蝕性能一般隨鉻含量的增加而提高。其基本原理是，當(dāng)鋼中有足夠的鉻時(shí)，在鋼的表面形成非常薄的至密的氧化膜，它可以防止進(jìn)一步的氧化或義腐蝕。氧化性的環(huán)境可以強(qiáng)化這種膜，而還原性環(huán)境則必然破壞這種膜，造成鋼的腐蝕。

?。ㄒ唬┰诟鞣N環(huán)境中的耐腐蝕性能

　　1.大氣腐蝕

　　不銹鋼耐大氣腐蝕基本上是隨大氣中的氯化物的含量而變化的。因此，靠近海洋或其他氯化物污染源對(duì)不銹鋼的腐蝕是極為重要的。一定量的雨水，只有對(duì)鋼表面的氯化物濃度起作用時(shí)才是重要的。

　　農(nóng)村環(huán)境 1Cr13、1Cr17和奧氏體型不銹鋼可以適應(yīng)各種用途，其外觀上不會(huì)有顯著的改變。因此，在農(nóng)村暴露使用的不銹鋼可以根據(jù)價(jià)格，市場(chǎng)供應(yīng)情況，力學(xué)性能、制作加工性能和外觀來(lái)選擇。

　　工業(yè)環(huán)境 在沒(méi)有氯化物污染的工業(yè)環(huán)境中，1Cr17和奧氏體型不銹鋼能長(zhǎng)期工作，基本上保持無(wú)銹蝕，可能在表面形成污膜，但當(dāng)將污膜清除后，還保持著原有的光亮外觀。在有氯化物的工業(yè)環(huán)境中，將造成不銹鋼銹蝕。

　　海洋環(huán)境 1Cr13和1Cr17不銹鋼在短時(shí)期就會(huì)形成薄的銹膜，但不會(huì)造成明顯的尺寸上的改變，奧氏體型不銹鋼如1Cr17Ni7、1Cr18Ni9和0Cr18Ni9，當(dāng)暴露于海洋環(huán)境時(shí)，可能出現(xiàn)一些銹蝕。銹蝕通常是淺薄的，可以很容易地清除。0Cr17Ni12M02含鉬不銹鋼在海洋環(huán)境中基本上是耐腐蝕的。

　　除了大氣條件外，還有另外兩個(gè)影響不銹鋼耐大氣腐蝕性能的因素。即表面狀態(tài)和制作工藝。精加工級(jí)別影響不銹鋼在有氯化物的環(huán)境中的耐腐蝕性能。無(wú)光表面（毛面）對(duì)腐蝕非常敏感。即正常的工業(yè)精加工表面對(duì)銹蝕的敏感性較小。表面精加工級(jí)別還影響污物和銹蝕的清除。從高精加工的表面上清除污物和銹蝕物很容易，但從無(wú)光的表面上清除則很困難。對(duì)于無(wú)光表面，如果要保持原有的表面狀態(tài)則需要經(jīng)常的清理。

　　2.淡水

　　淡水可定義為不分酸性、鹽性或微咸，來(lái)源于江河、湖泊、池塘或井中的水。

　　淡水的腐蝕性受水的pH值、氧含量和成垢傾向性的影響。結(jié)垢（硬）水。其腐蝕性主要由在金屬表面形成垢的數(shù)量和類型來(lái)決定。這種垢的形成是存在其中的礦物質(zhì)和溫度的作用。非結(jié)垢（軟）水，這種水一般比硬水的腐蝕性強(qiáng)?？梢酝ㄟ^(guò)提高pH值或減少含氧量來(lái)降低其腐蝕性。

　　1Cr13不銹鋼明顯地比碳素鋼耐淡水腐蝕，而且在淡水中使用有極好的特征。這種鋼廣泛用于例如需要高強(qiáng)度和耐腐蝕的船塢和水壩等用途。然而，應(yīng)當(dāng)考慮到在某些情況下。1Cr13在淡水中可能對(duì)中度點(diǎn)蝕敏感.但是點(diǎn)蝕完全可以用陰極防蝕方法來(lái)避免。1Cr17和奧氏體型不銹鋼在室溫（環(huán)境溫度）幾乎完全可以耐淡水腐蝕。

　　3.酸性水

　　酸性水是指從礦石和煤浸析出的被污染的自然水，由于是較強(qiáng)的酸性所以其腐蝕性比自然淡水強(qiáng)得多。，由于水對(duì)礦石和煤中所含硫化物的浸析作用，酸性水中通常含有大量的游離硫酸，此外，這種水含有大量的硫酸鐵，對(duì)碳鋼的腐蝕有非常大的作用。

　　受酸性水作用的碳鋼設(shè)備通常很快被腐蝕。用受酸性河水作用的各種材料所做試驗(yàn)的結(jié)果表明，在這種環(huán)境下奧氏體型不銹鋼有較高的耐腐蝕性能。

　　奧氏體型不銹鋼在淡水和酸性河水中有極好的耐腐蝕性能，特別是其腐蝕膜對(duì)熱傳導(dǎo)的阻礙較小，所以在熱交換用途中廣泛使用不銹鋼管。

　　4.鹽性水

　　鹽性水的腐蝕特點(diǎn)是經(jīng)常以點(diǎn)蝕的形式出現(xiàn)。對(duì)于不銹鋼，在很大程度上是由于鹽性水導(dǎo)致起耐腐蝕作用的鈍化膜局部破壞。這些鋼發(fā)生點(diǎn)蝕的其他原因是附著于不銹鋼設(shè)備上的茗荷介和其他海水有機(jī)物可形成報(bào)送的濃差電池。一旦形成，這些電池非?；钴S，并且造成大量腐蝕和點(diǎn)蝕。在鹽性水高速流動(dòng)的情況下，例如泵的葉輪，奧氏體型不銹鋼的腐蝕通常是非常小的。

　　對(duì)使用不銹鋼管的冷凝器，需保持水流速大于1.5m/s，以使海水有機(jī)物和其他固體在管中集聚得最少。對(duì)處理鹽性水的不銹鋼設(shè)備的結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)最好是減少縫隙和使用厚壁部件。

　　5.土壤

　　埋入土壤中的金屬，取決于天氣和其他因素，處于隨時(shí)都在變化的復(fù)雜的狀態(tài)下。實(shí)踐證明，奧氏體型不銹鋼一般具有極好的耐大多數(shù)土壤腐蝕的性能，而1Cr13和1Cr17則在很多土壤中要產(chǎn)生點(diǎn)蝕。0Cr17Ni12Mo0不銹鋼在所有土壤的試驗(yàn)中完全可以耐點(diǎn)蝕。

　　6.硝酸

　　含鉻不小于14%的鐵素型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼有極好的耐硝酸腐蝕的性能。1Cr17不銹鋼己廣泛用于硝酸工廠的加工設(shè)備。然而，由于0Cr18Ni9通常具有較好的成形性能和焊接性能，因此在上述用途中己大量取代了1Cr17不銹鋼.

　　其他奧氏體型不銹鋼的耐硝酸腐蝕性能與0Cr18Ni9相近。0Cr17不銹鋼通常比0Cr18Ni9的腐蝕速率稍高，并且較高的溫度和濃度對(duì)其有較大的有害影響。

　　如果對(duì)鋼進(jìn)行的熱處理不適當(dāng)，熱硝酸將使奧氏體和鐵素體型不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，可用適當(dāng)?shù)臒崽幚韥?lái)預(yù)防這種類型的腐蝕，或者使用耐這種類型腐蝕的不銹鋼。

　　7.硫酸

　　標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼牌號(hào)很少用于硫酸溶液，因?yàn)槠淇墒褂玫姆秶苷?。在室溫條件下，0Cr17Ni12Mo2不銹鋼（最耐硫酸蝕的標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)）在硫酸濃度小于15%?；虼笥?/span>85%時(shí)是耐腐蝕性的。然而在較高的濃度范圍，通常使用碳鋼。馬氏體和鐵素體型不銹鋼一般不耐硫酸溶液腐蝕。

　　如同硝酸的情況一樣，如果對(duì)不銹鋼不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚蛩峥稍斐删чg腐蝕。對(duì)于焊接后不能進(jìn)行熱處理的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)使用低碳牌號(hào)00Cr19Ni10或00Cr17Ni14M02，或穩(wěn)定化的牌號(hào)0Cr18Ni11Ti或0Cr18Ni11Nb不銹鋼.

　　8.磷酸

　　奧氏體型不銹鋼不銹鋼具有好的耐磷酸溶液腐蝕的性能，并廣泛用于磷酸的生產(chǎn)和處理設(shè)備。在溫度最高達(dá)107℃的各種濃度的情況下，其具有有效的耐腐蝕性能。在溫度最高約達(dá)95℃的情況下，用0Cr17Ni12M02不銹鋼的設(shè)備可以很好地處理（達(dá)磷酸）“超過(guò)100%H3p04）。

　　應(yīng)注意，氟化物或氯化物鹽類微量雜質(zhì)有時(shí)存在于用濕法工藝生產(chǎn)的磷酸中。酸中的這些鹵化物的存在可能對(duì)不銹鋼的耐腐蝕性能有有害的影響。

　　馬氏體和鐵素體型不銹鋼的耐磷酸腐蝕性能顯著地比奧氏體不銹鋼要差，因此一般不用于這種酸。

　　9.鹽酸

　　甚至在室溫，各種濃度的鹽酸溶液都很快地腐蝕不銹鋼。因此在這種酸中不可能使用不銹鋼。

　　10、其他無(wú)機(jī)酸

　　奧氏體型不銹鋼在幾乎各種濃度和溫度下一般都具有好的耐硼酸、碳酸、氯酸和鉻酸腐蝕的性能，100%氯酸除外。1Cr13和1Cr17不銹鋼對(duì)鉻酸的耐腐蝕性能顯著地不如奧氏體型不銹鋼，但具有相對(duì)較好的耐硼酸和碳酸腐蝕的性能。

　　11、乙酸

　　奧氏體型不銹鋼一般有極好的耐乙酸腐蝕的性能，而馬氏體和鐵素體型不銹鋼對(duì)大多數(shù)耐乙酸腐蝕的用途是不適當(dāng)?shù)?。奧氏體型不銹鋼在室溫完全可以耐各種濃度乙酸的腐蝕，在較高的溫度，0Cr17Ni12Mo2和0Cr19Ni13M03比其他奧氏體型不銹鋼有更好的耐乙酸腐蝕性能。

　　12、甲酸

　　在室溫情況下，可以用任何奧氏體型不銹鋼完全地處理甲酸。然而，當(dāng)是熱的甲酸時(shí)，它可以很快地腐蝕不含鉬的不銹鋼，因此，需要使用0Cr17Ni12M02和0Cr19Ni13M03。在各種溫度下甲酸都會(huì)很快地腐蝕馬氏體和鐵素體型不銹鋼。

　　13、草酸

　　一般情況下，在室溫、最高濃度至少為50%時(shí)，不銹鋼有好的耐草酸腐蝕的性能。然而在較高的溫度，草酸溶液正如在室溫、濃度為100%時(shí)一樣，對(duì)所有的不銹鋼都會(huì)有相當(dāng)?shù)母g。

　　14、乳酸

　　0Cr18Ni9不銹鋼在溫度最高約達(dá)38℃時(shí)可用于乳酸貯存設(shè)備。在較高的溫度，無(wú)鉬奧氏體型不銹鋼產(chǎn)生點(diǎn)蝕，所以優(yōu)先選用　　0Cr17Ni12M02和0Cr19Ni13M03。馬氏體和鐵素體型不銹鋼一般來(lái)說(shuō)耐乳酸腐蝕的能力較低。

　　15、堿

　　不銹鋼通常有較好的耐弱堿腐蝕的性能，例如氫氧化銨。對(duì)于強(qiáng)堿，如氫氧化鈉和氫氧化鉀，在溫度最高約為105℃、濃度最高約為50%時(shí)，奧氏體型不銹鋼有好的耐腐蝕性能，在較高的溫度和濃度，腐蝕速率可能變得顯著。當(dāng)溫度高于常壓沸點(diǎn)（和稍低的溫度，接近50%濃度）時(shí)，奧氏體型不銹鋼就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋。

　　16、鹽酸液

　　除在某些條件下的鹵化物溶液之外，不銹鋼一般來(lái)說(shuō)有極好的耐鹽酸溶液腐蝕的性能，對(duì)于酸性鹽，不銹鋼的耐腐蝕性能在一定程度上必然受鹽水解所形成的特殊的酸的影響。對(duì)于較高溫度的酸性鹽溶液，含鉬奧氏體型不銹鋼（0Cr17Ni12Mo2和0Cr19Ni13Mo3）通常比其他牌號(hào)不銹鋼耐腐蝕性能要好。

　　在不銹鋼用于鹵化物溶液，特別是氯化物溶液時(shí)，應(yīng)考慮到即使腐蝕速率一般較低，但點(diǎn)蝕和（或）應(yīng)力腐蝕裂紋在一定條件下也可能產(chǎn)生。盡管有很多在有氯化物的情況下使用不銹鋼取得極好的效果（如食品加工設(shè)備和在相對(duì)低的溫度條件下流動(dòng)的海水）但必需分別考慮各種用途。點(diǎn)蝕或應(yīng)力腐蝕裂紋是否產(chǎn)生，取決于環(huán)境和設(shè)備設(shè)計(jì)及操作等方面很多和因素。

?。ǘ└g現(xiàn)象

　　1.點(diǎn)蝕

　　如前所述，不銹鋼極好的耐腐蝕性能是由于在鋼的表面形成看不見(jiàn)的氧化膜，使其成為是鈍態(tài)的。該鈍化膜的形成是由于鋼暴露在大氣中時(shí)與氧反應(yīng)，或者是由于與其他含氧的環(huán)境接觸的結(jié)果。如果鈍化膜被破壞，不銹鋼就將繼續(xù)腐蝕下去。在很多情況下，鈍化膜僅僅在金屬表面和局部地方被破壞，腐蝕的作用在于形成細(xì)小的孔或凹坑，在材料表面產(chǎn)生無(wú)規(guī)律分布的小坑狀腐蝕。

　　2.引起點(diǎn)蝕的因素

　　出現(xiàn)點(diǎn)蝕很可能是存在與去極劑化合的氯化物離子，不銹鋼等鈍態(tài)金屬的點(diǎn)蝕常起因于某些侵蝕性陰離子對(duì)鈍化膜的局部破壞，保護(hù)有高耐腐蝕性能的鈍態(tài)通常需要氧化環(huán)境，但正好這也是出現(xiàn)點(diǎn)蝕的條件。產(chǎn)生點(diǎn)蝕的介質(zhì)是在C1-、Br-、I-、Cl04-溶液中存在FE3+、Cu2+、Hg2+等重金屬離子或者含有H2O2、O2等的Na+、Ca2+堿和堿土金屬離子的氯化物溶液。

　　點(diǎn)蝕速率隨溫度升高而增加。例如在濃度為4%-10%氯化鈉的溶液中，在90℃時(shí)達(dá)到點(diǎn)蝕造成的重量損失最大；對(duì)于更稀的溶液，最大值出現(xiàn)在較高的溫度。

　　3.防止點(diǎn)蝕的方法

　　①避免鹵素離子集中。

　　②保證氧或氧化性溶液的均勻性，攪拌溶液和避免有液體不流動(dòng)的小塊區(qū)域。

　　③或者提高氧的濃度，或者去除氧。

　　④增加pH值。與中性或酸性氯化物相比，明顯堿性的氯化物溶液造成的點(diǎn)蝕較少，或者完全沒(méi)有（氫氧離子起防腐蝕劑的作用）。

　　⑤在盡可能低的溫度下工作。

　　⑥在腐蝕性介質(zhì)中加入鈍化劑。低濃度的硝酸鹽或鉻酸鹽在很多介質(zhì)中是有效的（抑制離子優(yōu)先吸咐在金屬表面上，因此防止了氯化物離子吸咐而造成腐蝕）。

　　⑦采用陰極防腐。有證據(jù)表明，用與低碳鋼、鋁或鋅電隅合陰極保護(hù)的不銹鋼在海水中不會(huì)造成點(diǎn)蝕。

　　含鉬2%-4%的奧氏體型不銹鋼具有良好的耐點(diǎn)蝕性能。使用含鉬奧氏體型不銹鋼可顯著減少點(diǎn)蝕或一般腐蝕，腐蝕介質(zhì)例如氫化鈉溶液、海水、亞硫酸、硫酸、磷酸和甲酸。

　　4.晶間腐蝕

　　含碳量超過(guò)0.03%的不穩(wěn)定的奧氏體型不銹鋼（不含鈦或鈮的牌號(hào)），如果熱處理不當(dāng)則在某些環(huán)境中易產(chǎn)生晶間腐蝕。這些鋼在425-815℃之間加熱時(shí)，或者緩慢冷卻通過(guò)這個(gè)溫度區(qū)間時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。這樣的熱處理造成碳化物在晶界沉淀（敏化作用），并且造成最鄰近的區(qū)域鉻貧化使得這些區(qū)域?qū)Ωg敏感。敏化作用也可出現(xiàn)在焊接時(shí)，在焊接熱影響區(qū)造成其后的局部腐蝕。

　　最通用的檢查不銹鋼敏感性的方法是65%硝酸腐蝕試驗(yàn)方法。試驗(yàn)時(shí)將鋼試樣放入沸騰的65%硝酸溶液中連續(xù)48h為一個(gè)周期，共5個(gè)周期，每個(gè)周期測(cè)定重量損失。一般規(guī)定，5個(gè)試驗(yàn)周期的平均腐蝕率應(yīng)不大于0.05mm/月。

　　奧氏體型不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)的晶間腐蝕可用如下方法預(yù)防：

　　①使用低碳牌號(hào)00Cr19Ni10或00Cr17Ni14Mo2，或穩(wěn)定的牌號(hào)0Cr18Ni11Ti或0Cr18Ni11Nb.使用這些牌號(hào)不銹鋼可防止焊接時(shí)碳化物沉淀出造成有害影響的數(shù)量。

　　②如果面品結(jié)構(gòu)件小，能夠在爐中進(jìn)行熱處理，則可在1040-1150℃進(jìn)行熱處理以溶解碳化鉻，并且在425-815℃區(qū)間快速冷卻以防止瑞沉淀。

　　焊接鐵素體不銹鋼在某些介質(zhì)中也可能出現(xiàn)晶間腐蝕。這是當(dāng)鋼從925℃以上快速冷卻時(shí)，碳化物或氧化物沉淀，金屬晶格應(yīng)變?cè)斐傻?，焊接后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理可消除應(yīng)力并恢復(fù)耐腐蝕性能。在1Cr17不銹鋼中加入超過(guò)8倍碳含量的鈦，通?？蓽p少焊接鋼結(jié)構(gòu)在一些介質(zhì)中的晶間腐蝕。然而加入鈦在濃硝酸中不是有效的。

　　5.應(yīng)力腐蝕裂紋

　　應(yīng)力腐蝕裂紋是靜應(yīng)力和導(dǎo)致裂紋與金屬脆化的腐蝕共同的作用。只有拉伸應(yīng)力造成這種形式的破壞。事實(shí)上，所有的金屬與合金（只有極少數(shù)的金屬除外）在某些環(huán)境中都易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋，關(guān)于某些金屬的破壞是屬于“應(yīng)力腐蝕”或是屬于“氫脆”（例如高強(qiáng)度鋼在硫化氫中的裂紋），還存在一些不同的觀點(diǎn)。為了進(jìn)行討論，所有這樣的外界環(huán)境導(dǎo)致的破壞都包括在應(yīng)力腐蝕裂紋一類中。

　　硬化的（淬火和回火）馬氏體型不銹鋼在含有氯化物、熱氫氧化物或硝酸鹽、或硫化氫溶液中對(duì)應(yīng)力腐蝕裂紋是敏感的。對(duì)于奧氏體型不銹鋼，濃氯化物的氫氧化物溶液是造成應(yīng)力腐蝕裂紋的主要介質(zhì)。己證明，另外幾種環(huán)境也會(huì)使奧氏體和馬氏體型不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。然而，應(yīng)注意在很多這樣的環(huán)境中，存在雜質(zhì)可能己經(jīng)造成了裂紋。

　　敏化的奧氏體型不銹鋼對(duì)晶間形式的應(yīng)力腐蝕裂紋是敏感的。如果敏感性嚴(yán)重和（或）應(yīng)力高， 這種形式的裂紋可能在認(rèn)為是弱的環(huán)境中產(chǎn)生。除非進(jìn)行了足夠的試驗(yàn)可以證明所遇到的環(huán)境不會(huì)造成晶間應(yīng)力腐蝕裂紋，否則絕不能將敏化和奧氏體型不銹鋼用于應(yīng)力狀態(tài)的用途。

　　產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋破壞的環(huán)境通常是相當(dāng)復(fù)雜的。例如。所涉及的應(yīng)力通常不僅僅是工作應(yīng)力，而是這種應(yīng)力的由于制作、焊接、或熱處理在金屬中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力組合。這種情況常?？梢杂脤⒅谱骱蟮脑O(shè)備消除應(yīng)力的方法來(lái)減輕。同檔，如上所述，造成裂紋的腐蝕介質(zhì)經(jīng)常僅僅是正在處理的產(chǎn)物中的雜質(zhì)。在整體溶液中，所存在的腐蝕介質(zhì)的數(shù)量可能沒(méi)有多到足以造成裂紋的程度，但是在裂縫處或液體上面的飛濺區(qū)，介質(zhì)的局部濃度可能造成破壞。

　　盡管己有了幾種通用的防止應(yīng)力腐蝕裂紋的方法，但最好的方法還是選用能在該環(huán)境中耐應(yīng)力腐蝕裂紋的材料。因此，在熱的氯化物環(huán)境中應(yīng)選用0Cr18Ni13Si4（美國(guó)AISLX M15）或鐵素體型不銹鋼。在硫化氫環(huán)境中選用鐵素體和奧氏體型不銹鋼一般是適合的，而不能選用硬化的馬氏體型不銹鋼。

五、金相組織

　（一）不同元素對(duì)不銹鋼組織和相的影響

　　對(duì)于馬氏體型鉻不銹鋼來(lái)說(shuō)，對(duì)組織產(chǎn)生主要影響的元素有鉻、碳和鉬；對(duì)馬氏體型鉻鎳不銹鋼來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生主要影響的元素有鎳、鉬、鋁、鈷、氮和鈦等。

　　馬氏體型鉻鎳不銹鋼中由于所含的鉻與碳發(fā)生交互的作用，使其在高溫下形成穩(wěn)定的r相區(qū)和穩(wěn)定的a+r相區(qū)。碳量的增加可使r相區(qū)得到擴(kuò)大，但是隨著鉻含量的增加碳的溶解極限下降。馬氏體型鉻鎳不銹鋼中添加鎳解決了馬氏體型不銹鋼為提高其耐蝕性以犧牲鋼的硬度為代價(jià)的問(wèn)題。但是其中的鎳含量不易過(guò)高，否則由于鎳擴(kuò)大奧氏體相區(qū)和降低Ms溫度而使不銹鋼變成奧氏體型不銹鋼，從而完全喪失淬火能力。

　　影響鐵素體型不銹鋼組織的元素主要有鉻、鉬、碳、氮和鎳，另外有一些鐵素體型不銹鋼中還添加有鈦、鈮和銅等元素，對(duì)組織也有一定的影響。其中添加鉻和鉬的主要的目的是加速和促進(jìn)α’相和α相的形成和沉淀，使鐵素體晶粒更加粗大。

　　影響奧氏體型不銹鋼組織的主要元素有碳、鉻、鎳、鉬、氮、銅、硅和錳等，有時(shí)在生產(chǎn)易切削不銹鋼時(shí)，也將硫作為添加元素。碳在奧氏體型不銹鋼中是形成、穩(wěn)定和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素。碳在奧氏體型不銹鋼中是形成、穩(wěn)定和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，其形成奧氏體的能力遠(yuǎn)高于鎳許多倍。碳在奧氏體型不銹鋼中是有用元素，但同時(shí)也是有害元素，一方面由于碳作為一種間隙元素可通過(guò)固溶強(qiáng)化顯著提高奧氏體型不銹鋼的強(qiáng)度，同時(shí)也可提高高濃度氯化物腐蝕介質(zhì)中的耐蝕能力；但另一方面由于碳在某些條件下生成Cr23C6，使得耐腐蝕性能顯著下降。鉻在奧氏體型不銹鋼中的作用與其在鐵素體型不銹鋼中作用基本相同。

　　影響比相不銹鋼組織的主要元素有鎳、氮、錳、鉻、鉬、硅和鎢等。鎳在α+r雙相不銹鋼中能擴(kuò)大r相區(qū)。有關(guān)資料指出，鎳的添加還能促成形成σ（x）相，增加脆化敏感性并有使脆化敏感溫度向高溫方向移動(dòng)的傾向，也將使馬氏體相變溫度降低，改善雙相不銹鋼的冷加工性能。

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　　熱處理是不銹鋼生產(chǎn)和加工過(guò)程中以及最終產(chǎn)品加工過(guò)程中重要的工序。對(duì)于馬氏體型不銹鋼，通常進(jìn)行淬火—回火熱處理。對(duì)于鐵素體型不銹鋼，需進(jìn)行恢復(fù)由于加工引起的應(yīng)硬化和焊接部位回火后恢復(fù)韌性的熱處理，通常是高溫加熱后進(jìn)行空冷的退火熱處理。對(duì)于奧氏體型不銹鋼，根據(jù)使用目的需要進(jìn)行固溶處理、穩(wěn)定化處理、消除應(yīng)力退火和時(shí)效處理等。

　　通過(guò)進(jìn)行熱處理來(lái)控制不銹鋼的金相組織時(shí)，可采用相變和恢復(fù)、再結(jié)晶等形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　相變的內(nèi)涵可以說(shuō)有以下3種情況，即結(jié)構(gòu)的變化、組成的變化和其規(guī)律性的變化告示。在不銹鋼發(fā)生的相變中最常見(jiàn)的馬氏體相變就是其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的一種形式，而所發(fā)生的其他的相變均為擴(kuò)散相變。

　1.馬氏體型不銹鋼

　　馬氏體型不銹鋼有良好的淬火性能，即使是截面積很大的工件，也可在空冷條件下實(shí)現(xiàn)淬火硬化。

　　為比較馬氏體型不銹鋼與其他碳含量相同的碳素鋼、合金鋼的淬火性能，用等溫相變曲線進(jìn)行了分析。結(jié)果表明其珠光體相變時(shí)間延遲，曲線鼻部的溫度上升。其中鎳使珠光體相變明顯推遲，只需添加1%即可大大改善淬火性能，但回火過(guò)程則需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。

　　馬氏體型不銹鋼中的合金元素可改變鋼的Ms點(diǎn)。其中碳的影響尤為顯著，碳的濃度高時(shí)Ms點(diǎn)向低溫方向移動(dòng)，易生成殘留奧氏體。以13%Cr鋼為例，在淬火加縶溫度為1180℃時(shí)，在碳含量大于0.80%的情況下Ms點(diǎn)降至室溫以下。生成物為過(guò)冷奧氏體相組織。但由于也隨之生成了殘留奧氏體，因此淬火硬度也下降了，對(duì)于高碳馬氏體型不銹鋼來(lái)說(shuō)，為避免該現(xiàn)象的發(fā)生和殘留奧氏體相變引起的尺寸變化，需在粹火后通過(guò)進(jìn)行低溫處理來(lái)盡量減少殘留奧氏體的存在。

　　對(duì)于馬氏體型不銹鋼，進(jìn)行淬火處理后還需進(jìn)行回火處理。一般將這兩者連在一起統(tǒng)稱為淬火回火處理。進(jìn)行回火處理是將由奧氏體相的相變得到的馬氏體進(jìn)行回火，其目的是為改善馬氏體型不銹鋼的拉伸性能和得到高的持久強(qiáng)度和屈強(qiáng)比?；鼗鸷笤谄浠w中過(guò)飽和固溶的碳形成碳化物析出，且隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸形成穩(wěn)定相。是采用低溫回火還是采用高溫回火，依成分和使用目的而異。低碳馬氏體型不銹鋼在440-540℃進(jìn)行回火時(shí)顯著變脆，發(fā)生常說(shuō)的二次硬化。由于此問(wèn)題的產(chǎn)生不是夾雜元素的偏析等原因造成的，因此為同時(shí)照顧到韌性、拉伸性能和耐應(yīng)力腐蝕性能，應(yīng)盡可能在高溫下進(jìn)行回火，也可通過(guò)添加鉬、鎢和釩等元素來(lái)改善性能。

　　2.鐵素體型不銹鋼

　　鐵素型不銹鋼在碳和氮的含量極少時(shí)，無(wú)論在高溫下還是在室溫下均為鐵素體單相。當(dāng)碳和氮的含量增加時(shí)就會(huì)在高溫下生成r相，可通過(guò)回火處理析出碳化物和氮化物而變?yōu)殍F素體單相。據(jù)有關(guān)資料介紹。在600-900℃回火時(shí)大部分碳和氮將析出。

　　高鉻鐵素體型不銹鋼在經(jīng)高溫加熱后會(huì)產(chǎn)生各種脆化現(xiàn)象。這些現(xiàn)象與其金屬組織有關(guān)，如σ相脆化、475℃脆性和高溫脆性。

　　σ相脆化：在Fe-Cr二元系合金中，在鉻含量為46at%-53at%的很窄范圍內(nèi)產(chǎn)生，是非磁性和硬的相。當(dāng)鉻含量大于25%和加熱溫度高于600℃時(shí)即可在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。當(dāng)鋼中含有硅、錳、鎳和鉬等元素時(shí)，其產(chǎn)生范圍加寬。鉻、硅和鋁對(duì)σ相也有一定的影響。隨鉻的增加TTT曲線向短時(shí)間方向擴(kuò)展。硅雖有明顯的析出促進(jìn)作用但鋁卻予以抑制。在冷加工中，可在很短時(shí)間內(nèi)便產(chǎn)生σ相析出。一旦發(fā)生σ相脆化的鋼，可加熱至850-900℃使析出的σ相固溶，然后再進(jìn)行急冷就可消除脆性和恢復(fù)韌性。

　　475℃脆性：是將鐵素體鋼在400-500℃長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)出現(xiàn)的脆化現(xiàn)象。475℃脆性產(chǎn)生與σ相脆化產(chǎn)生相比較，首先是產(chǎn)生溫度范圍不同，其次是475℃脆性較σ相脆化在更短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。能夠減輕475℃脆性的合金添加元素還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。對(duì)發(fā)生475℃脆性的鋼在600℃進(jìn)行短時(shí)間處理即可消除脆性和恢復(fù)韌性。

　　高溫脆性：當(dāng)高鉻鐵素體型不銹鋼從900-1000℃的高溫急冷時(shí)，隨著晶粒的粗化和碳化物向晶界凝集發(fā)生明顯脆化。鉻含量越高，脆化的程度越大。破壞現(xiàn)象與475℃脆性相象。由于晶粒粗化，因此在進(jìn)行深沖、彎曲等冷加工時(shí)表面易發(fā)生粗糙等缺陷。又因?yàn)榫Ы缟衔龀鎏蓟镆虼司чg腐蝕敏感性增加。為避免該缺陷的產(chǎn)生同，需從高溫緩冷至800℃左右，或650-800℃短時(shí)間的退火。

　3.奧氏體型不銹鋼

　　從Fe-Cr-Ni三元系平衡相圖的分析中可知，當(dāng)70%Fe等濃度斷面中鎳含量為10%時(shí)，該合金在800-1000℃下為r單相。具代表性的Cr18-Ni8鋼由于存在碳、氮等奧氏體穩(wěn)定化元素，因此室溫下即為r單相。其中氮較碳有約兩倍的固溶度，因而含氮量為0.1%-0.3%的高強(qiáng)度不銹鋼己得到了應(yīng)用。

　　目前己明確碳、氮、鈷、錳和銅等元素是奧氏體穩(wěn)定化元素，鋁、釩、鉬、硅和鎢等元素是鐵素體穩(wěn)定化元素。

　　作為固相內(nèi)的平衡相，除α相、r相以外還有金屬間化合物σ相。碳、氮和鎳等奧氏體穩(wěn)定化元素抑制σ相的生成，但錳與鉬、硅、鈦、鈮、鋯、釩和鋁等鐵素體穩(wěn)定化元素促進(jìn)σ相的生成。除此以外在奧氏體型不銹鋼中由于添加不同的元素，還有可能生成拉弗斯（Laves）相或x相等金屬間化合物。其析出的反應(yīng)是隨合金組成、時(shí)效溫度及制造合金時(shí)的加工和熱處理?xiàng)l件來(lái)決定的，是一個(gè)非常復(fù)雜的變化。

　　在鋼中添加鉻、鎳、錳、碳和氮等元素時(shí)，馬氏體相變初始溫度Ms幾乎與這些合金元素的添加成比例降低，在常溫下也可保持r相。奧氏體不銹鋼就是其具代表性的合金之一。

　　雖說(shuō)為使奧體型不銹鋼的r相穩(wěn)定添加了大量的錳或鎳，但實(shí)際上r相往往并非穩(wěn)定而是處于亞穩(wěn)定態(tài)。從熱力學(xué)角度來(lái)看可以說(shuō)α相到是穩(wěn)定的。一般稱這些奧氏體相為亞穩(wěn)定奧氏體相。當(dāng)對(duì)亞穩(wěn)定奧氏體相冷卻至極低溫或室溫下進(jìn)行加工時(shí)，其中的部分或全部亞穩(wěn)定奧氏體相將發(fā)生馬氏體相變。

　　通過(guò)對(duì)奧氏體型不銹鋼進(jìn)行冷卻或加工得到的馬氏體中除有α’相外還有ε相。該相具有hcp結(jié)構(gòu).且有0.7%左右的收縮，是非磁性的，容易發(fā)生加工誘發(fā)相變。ε相是當(dāng)Cr：Ni為5：3且Cr+Ni定為24%時(shí)生成的。由于面心立方結(jié)構(gòu)的（111）面的每?jī)蓚€(gè)原子面上發(fā)生堆垛缺陷時(shí)將成為ε馬氏體結(jié)構(gòu)，因此ε相的生成和堆垛缺陷有著密切的關(guān)系。

　　奧氏體型不銹鋼的馬氏體相變中一個(gè)重要的問(wèn)題是，一旦發(fā)生馬氏體相變后經(jīng)再加熱進(jìn)行恢復(fù)的問(wèn)題。對(duì)于Cr18-Ni8鋼主要發(fā)生擴(kuò)散型的逆相變，而象Cr16-Ni10鋼則發(fā)生剪切的逆相變。后者的鉻含量較前者低，鎳含量較前者高。

　　從金相組織上來(lái)看，奧氏體型不銹鋼是相對(duì)穩(wěn)定的，其中碳化物的析出與其耐蝕性能、高溫強(qiáng)度以及韌性等主要性能密切相關(guān)。在通常作為固溶熱處理溫度1000℃附近，碳的固溶量可達(dá)到最高，但當(dāng)溫度低于800℃時(shí)固溶量急劇下降而產(chǎn)生碳化物。所以進(jìn)行固溶化處理或焊接后如果冷卻速度過(guò)慢，在晶界上會(huì)產(chǎn)生碳化物，成為晶間腐蝕的原因。鋼中的碳有活性隨鎳含量的增加而增加，隨鉻含量的增加而減少。也就是說(shuō)鎳的增加使碳的固溶量減少，鉻的增加使碳的固溶量增加。另外在晶界還析出鉻碳化物，合金添加元素有時(shí)也生成相應(yīng)的碳化物。

　4.雙相不銹鋼

　　通常進(jìn)行不同的鉻含量和鎳當(dāng)量的組合可以得到鐵素體（α相或δ相）和奧氏體（r相）的雙相組織。如果以鉻含量的多少來(lái)進(jìn)行分類的話，可分類為18%Cr系、22%Cr系、25%Cr系和28%Cr系。同時(shí)為確保r相的量需添加4%-11%的鎳，為提高其耐蝕性需添加不多于4%的鉬。在最終經(jīng)1050-1100℃固溶處理后，在α相基體中分散有不多于50%的r相。在400-1000℃下進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)效時(shí)，生成金屬間化合物、碳化物以及氮化物等各種析出物。

　　在雙相組織中，鉻、鉬和硅等鐵素體穩(wěn)定元素濃縮在α相中。而鎳、錳、碳和氮等奧氏體穩(wěn)定元素濃縮在r中。在時(shí)效過(guò)程中最有影響的是σ相，可造成σ相脆化。另外時(shí)效還可產(chǎn)生M23C6，也和鐵素體型不銹鋼一樣發(fā)生475℃脆性。

　5.沉淀硬化型不銹鋼

　　沉淀硬化型不銹鋼是除具備不銹鋼特有的耐蝕性外，還可通過(guò)進(jìn)行時(shí)效處理實(shí)現(xiàn)沉淀硬化的高強(qiáng)度不銹鋼，根據(jù)基體的金屬組織情況，即根據(jù)鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量之間的平衡情況，沉淀硬化型不銹鋼可分為馬氏體系沉淀硬化型不銹鋼、半奧氏體系沉淀硬化型不銹鋼、奧氏體—鐵素體系沉淀硬化型不銹鋼、奧氏體系沉淀型不銹鋼和鐵素體系沉淀硬化型不銹鋼。

　　馬氏體系沉淀硬化型不銹鋼，鉻和鎳的含量少且鉻含量和鎳含量低。由于馬氏體相變結(jié)束溫度高于室溫，因此固溶化處理奧氏體相冷卻過(guò)程發(fā)生馬氏體相變，在室溫下為馬氏體組織。

　　半奧氏體系沉淀硬化型不銹鋼，比前者鉻含量和鎳含量高，Ms點(diǎn)接近室溫。固溶處理后形成亞穩(wěn)定r相，經(jīng)冷加工或低溫處理，低溫退火處理可以發(fā)生馬氏體相變。單獨(dú)和復(fù)合添加有鋁、鈦和鉬等沉淀硬化元素，經(jīng)在450-550℃時(shí)效處理產(chǎn)生α’相和η相實(shí)現(xiàn)硬化。

　　奧氏體系沉淀硬化型不銹鋼，含有較多的奧氏體穩(wěn)定化和鐵素體穩(wěn)定化元素，鎳當(dāng)量高且Ms點(diǎn)在室溫以下。在固溶處理狀態(tài)下為r單相組織。作為沉淀硬化元素添加的有碳、磷、氮、鈦、鋁、鈮和釩等元素，經(jīng)比其他系鋼高的溫度時(shí)效處理后析出碳化物、氮化物、磷化物或η相和r’相等。

　　鐵素體系沉淀硬化型不銹鋼，只含少量的鎳等奧氏體穩(wěn)定化元素，含較多的鉻、硅和鉬等鐵素體穩(wěn)定化元素，因而在固溶化狀態(tài)下即呈鐵素體組織。對(duì)其通過(guò)添加硅和鎳來(lái)促進(jìn)沉淀硬化。時(shí)效溫度為550-600℃。

特點(diǎn)和用途

　　不銹鋼按照其組織結(jié)構(gòu)分為奧氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、雙相不銹鋼、馬氏體型不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼。各類型不銹鋼主要使用特性對(duì)比如表2-5-6所示。我國(guó)不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)主要牌號(hào)的特點(diǎn)和用途如表2-5-7所示；日本JIS標(biāo)準(zhǔn)主要牌號(hào)的特點(diǎn)和用途如表2-5-8所示。

　　一、奧氏體型不銹鋼

　　奧氏體型不銹鋼是不銹鋼中最重要的一類，其產(chǎn)量和用量占不銹鋼總量的70%。按照合金化方式，奧氏體型不銹鋼可分為鉻鎳鋼和鐵鉻錳鋼兩大類。前者以鎳為奧氏體化元素，是奧氏體鋼的主體；后者是以錳、氮代替昂貴的鎳的節(jié)鎳鋼種。

　　總體講，奧氏體鋼耐蝕性好，有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，但強(qiáng)度、硬度偏低。

　　二、鐵素體型不銹鋼

　　鐵素體型不銹鋼含鉻11%-30%，基本不含鎳，是節(jié)鎳鋼種，在使用狀態(tài)下組織結(jié)構(gòu)以鐵素體為主。

　　鐵素體型不銹鋼強(qiáng)度較高，而冷加工硬化傾向較低，耐氯化物應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕性能優(yōu)良，但是對(duì)晶間腐蝕敏感，低溫韌性較差。

　三、雙相不銹鋼

　　一般認(rèn)為，在奧氏體基體上存在15%以上的鐵素體，或在鐵素體基體上存在15%以上的奧氏體即可稱其為奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼。

　　雙相不銹鋼兼有奧氏體鋼和鐵素體鋼的優(yōu)點(diǎn)。

　四、馬氏體型不銹鋼

　　馬氏體型不銹鋼是一類可以用熱處理的手段調(diào)整其性能的鋼，其強(qiáng)度、硬度較高。

　五、沉淀硬化型不銹鋼

沉淀硬化型不銹鋼是通過(guò)熱處理手段使鋼中碳化物沉淀析出，從而達(dá)到提高強(qiáng)度目的的鋼。

表2-5-6 不銹鋼主要使用特性對(duì)比

　　　　　　　　　　　　　　　　表2-5-7我國(guó)不銹鋼主要牌號(hào)的特點(diǎn)和用途

　　　　　　　　　　　　　　　　表2-5-8 日本不銹鋼主要牌號(hào)的特點(diǎn)和用途