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奧氏體不銹鋼的基本組織形態
鐵、鉻和鎳是鉻鎳奧氏體不銹鋼的三大基礎元素,通過主要合金元素和鎳的合理搭配,鐵-鉻-鎳三元系和在該三元系基礎上加入其他元素構成的合金可以在室溫下仍然維持奧氏體基體。另外,加入適量錳和氮,同時將鎳含量降低乃至完全取消,也能保持合金基體在室溫下呈完全奧氏體組織。但是,隨著鉻、鎳和錳含量的變化和其他元素的加入,以及受熱處理或冷變形的影響,在奧氏體基體上還會產生其他相,相應地合金的性能也會發生變化。在奧氏體不銹鋼中經常出現的有以下三類。
(1)奧氏體(γ相)的同素異性體:α相(鐵素體)、α′相(體心立方的馬氏體)和ε相(密集六方的馬氏體);
(2)碳化物和氮化物:主要是M23C6,MC,M6C和M7C3型碳化物與Cr2N及Ti(CN)等;
(3)金屬間相:也稱金屬間化合物,主要有б相、χ相和Laves相等。
現已研究確定,導致鐵素體不銹鋼475℃脆性的原因是αˊ相的析出。αˊ相是一種富鉻相,含鉻量可高達61%-83%,含鐵量為37%-17.5% 。尺寸為10-20nm左右。此相具有體心立方結構且無磁性,晶格常數為0.2877nm,介于鐵與鉻的晶格常數之間。
б相:鐵素體不銹鋼在500-925℃溫度范圍內加熱或停留時,同樣會使鋼產生嚴重脆化。研究表明,此種脆化的原因是由于б相的析出。從圖3-1的Fe-Cr二元相圖中可以看出,Fe-Cr合金中有б相的存在,而且б相的鉻量范圍在42%-50%;α+б相區的鉻量≥20% ,其存在溫度為500-800℃。由于б相是一種無磁且具有高硬度的脆性相。因而常常引起鋼的韌性下降。由于б相富鉻,它們的析出又常常引起鉻變化而使鋼的耐蝕性下降。連續成網狀的б相較島狀者更為有害。
各種不銹鋼的耐腐蝕性能
304 是一種通用性的不銹鋼,它廣泛地用于制作要求良好綜合性能(耐腐蝕和成型性)的設備和機件。
301 不銹鋼在形變時呈現出明顯的加工硬化現象,被用于要求較高強度的各種場合。
302 不銹鋼實質上就是含碳量更高的304不銹鋼的變種,通過冷軋可使其獲得較高的強度。
302B 是一種含硅量較高的不銹鋼,它具有較高的抗高溫氧化性能。
303和303Se 是分別含有硫和硒的易切削不銹鋼,用于主要要求易切削和表而光浩度高的場合。303Se不銹鋼也用于制作需要熱鐓的機件,因為在這類條件下,這種不銹鋼具有良好的可熱加工性。
304L 是碳含量較低的304不銹鋼的變種,用于需要焊接的場合。較低的碳含量使得在靠近焊縫的熱影響區中所析出的碳化物減至少,而碳化物的析出可能導致不銹鋼在某些環境中產生晶間腐蝕(焊接侵蝕)。
304N 是一種含氮的不銹鋼,加氮是為了提高鋼的強度。
305和384 不銹鋼含有較高的鎳,其加工硬化率低,適用于對冷成型性要求高的各種場合。
308 不銹鋼用于制作焊條。
309、310、314及330 不銹鋼的鎳、鉻含量都比較高,為的是提高鋼在高溫下的抗氧化性能和蠕變強度。而30S5和310S乃是309和310不銹鋼的變種,所不同者只是碳含量較低,為的是使焊縫附近所析出的碳化物減至少。330不銹鋼有著特別高的抗滲碳能力和抗熱震性.
316和317 型不銹鋼含有鋁,因而在海洋和化學工業環境中的抗點腐蝕能力大大地優于304不銹鋼。其中,316型不銹鋼由變種包括低碳不銹鋼316L、含氮的高強度不銹鋼316N以及合硫量較高的易切削不銹鋼316F。
321、347及348 是分別以鈦,鈮加鉭、鈮穩定化的不銹鋼,適宜作高溫下使用的焊接構件。348是一種適用于核動力工業的不銹鋼,對鉭和鉆的合量有著一定的限制。
1960年——1999年約40年間,西方 的不銹鋼產量從215萬噸猛增到1728萬噸,增加了約8倍,平均年增長率約為5.5%。不銹鋼主要用于廚房、家電、運輸、建筑、土木各領域。在廚房器具方面主要有水洗槽和電氣、煤氣熱水器,家電產品主要有全自動洗衣機的滾筒。從節能和再循環等環保的觀點看,不銹鋼的需求有望進一步擴大。在運輸領域主要有鐵道車輛和汽車的排氣系統,用于排氣系統的不銹鋼在每輛車中約為20-30kg,全世界的年需求約100萬噸,這是不銹鋼 的應用領域。在建筑領域,近的需求急劇增長,如:新加坡地鐵車站的防護裝置,使用了約5000噸的不銹鋼外裝飾材。再如日本1980年以后,用于建筑業的不銹鋼增長了約4倍,主要用作屋頂、大樓內外裝飾和結構材。80年代,在日本沿海地區使用304型無涂漆材作為屋頂材料,從防銹考慮,逐步轉變為使用涂漆不銹鋼。進入90年代,開發了具有高耐蝕性的20%以上高Cr鐵素體系不銹鋼,被用作屋頂材料,同時為了美觀性,開發了各種表面精加工技術。在土木領域,日本的水壩吸水塔使用不銹鋼。歐美的寒冷地區,為防止高速公路和橋梁的凍結需撒鹽,這就加速了鋼筋的腐蝕,所以使用不銹鋼鋼筋。在北美的道路中,近3年間約有40處采用了不銹鋼鋼筋,每處的使用量為200-1000噸,今后不銹鋼在該領域的市場將有所作為。