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铁素体不锈钢

时间: 2011-07-11 18:01 来源: 作者: 点击:

不锈钢是指在空气、水、盐的水溶液、酸以及其他腐蚀介质中具有高度化学稳定性的钢种。从化学成分来看,不锈钢中含铬量都较高。由于在大气条件眄,钢中含铬量大约超过12%时,基本上不会生锈,因此习惯上将含铬量最少为12%的钢称为不锈钢。钢的这种不锈性是因为铬在铁的表面形成氧化膜,保护表皮下面的金属免遭腐蚀,从而使铁的表面“纯化”。

不锈钢不仅是广泛使用的耐蚀材料,而且具有较好的耐热性(包括抗氧化性及高温强度),是航空发动机中重要的结构材料之一,尤其是那些受力不是很大、在中温条件(500~550℃)下工作且要求较高耐蚀性能的零件,多采用不锈钢来制造。如早期的喷气发动机压气机转子叶片,通常采用Cr13型不锈钢锻件加工而成;喷嘴安装座、点火器安装座和液压管路中的一些零件,则常用18Cr—8Ni型不锈钢来制造。

不锈钢中除了铁、铬、碳这三个基本元素外,还含有镍、锰、氮、铜、钼、铌、钛、钨、钴以及硅、铝、硫、磷等元素。按它们对不锈钢显微组织的影响可以分为两大类:一类是扩大奥氏体区或稳定奥氏体的元素,如碳、氮、镍、锰、铜等;另一类是封闭或缩小奥氏体区形成铁素体的元素,如铬、硅、钛、铌、钼、钽、钨、铝等。上述化学元素的加入不仅影响不锈钢的组织,还影响其他性质,如抗氧化性、抗晶间腐蚀等。不锈钢中的主要合金元素及其作用如下:

(1)增减镍及铬 控制奥氏体r相的稳定性及改善耐蚀性和抗氧化性。
(2)加入硅及铝 增进抗氧化及抗渗碳性能。
(3)加入钛及铌或降低碳含量 消除或降低晶间腐蚀倾向,因钛或铌可与碳形成稳定的碳化物。
(4)加入钼 增加耐蚀性,特别是对含Cl-介质的点腐蚀。
(5)加入铜 提高对硫酸的耐蚀性。
(6)加入硫、硒或铅 改进切削加工性能。
(7)加入稀土元素 改善热加工及抗氧化性能。
(8)加入锰 可部分代替镍,扩大r相区。
(9)加入钒、钨、硼、铁、氮等 提高热强性。

不锈钢根据加入的合金元素以及所具有组织,大致可分为下列四类。

这类合金通常含铬15%~30%,碳含量约保持在0.12%以下。为改善耐腐蚀性或诸如可切削性等其他特殊性能,还加入较少量其他合金元素如钼、钛、铌,形成铁素体的元素占绝对优势,因此,这类钢都具有铁素体组织。典型的牌号有Cr17,Cr17Ti,Cr17Mo2Ti,Cr25,Cr28等。

铁素体不锈钢没有马氏体相变,它们的力学性能因热处理而发生的改变甚少。仅有热处理方式是退火(800~900℃),这种退火通常用于冷加工后,使钢恢复到加工前的状态。其他因加热而发生的变化还有下面三种:

(1)晶粒粗化 这类钢的晶粒在900℃以上极易粗化,因而冲击值大为降低。这类钢还因无αr转变,晶粒粗化后无法用热处理方法变细,因此退火的温度宜低(800~875℃)。

(2)475℃脆化 这类钢加热至475℃附近长时间停留,或自高温缓慢冷却至475℃附近时,产生脆化现象,在热处理时应尽可能避免。造成475℃脆性的原因是富铬的α″相在位错上析出,阻止位错运动。α″相的沉淀,不仅影响不锈钢的力学性能,也使其在65%沸腾硝酸中的腐蚀速度增加。

(3)形成σ相 当在821℃以下温度范围内停留时间过长,就会形成一种硬而脆的化合物(σ相)。σ相是有害的,特别是当晶内出现的σ相组成魏氏组织时,将大大降低合金的蠕变断裂强度和冲击韧性。

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