γˊ相不是奧氏體不銹鋼中的常見相。但是當其在鋼中細小而彌散地在晶內沉淀時,會顯著提高鋼的強度及硬度。很多奧氏體、半奧氏體及馬氏體沉淀硬化不銹鋼,就是利用γˊ相的這種沉淀強化效應來進一步獲得高強度。鋼中生成的γˊ相取決于采用的沉淀強化元素(鋁、鈦和鈮等)的不同,常常為Ni3AlNi3TiNi3Nb及Ni3(AlTi)等。γˊ相具有面心立方結構,其點陣常數與奧氏體基體很相近,因而該相開始生成時總是與奧氏體基體保持固定位向的共格關系。奧氏體不銹鋼中的γˊ相沉淀主要發生在500-900℃的溫度區間內,超過1000℃的加熱導致γˊ相溶解到奧氏體基體中。
4.2.3、奧氏體不銹鋼的適用環境與基本用途
1Cr17Ni7是一種亞穩定奧氏體不銹鋼,在固溶狀態下具有完全的奧氏體組織。但是,經過冷變形加工,取決于變形量的大小,會有一部分乃至大部分奧氏體變成馬氏體,從而鋼的強度和硬度顯著提高,同時該鋼種在大氣條件下也有較好的耐銹性。因而此鋼主要以冷加工狀態應用于承受較高負荷、又希望減輕設備重量和不生銹的設備或構件,比如鐵道車輛的裝飾板、傳送帶和緊固件等。
不銹鋼有一個基本元素,即它們都含鉻。在含量大約為12%時,該元素通過自發形成一種穩定的、透明的鈍化膜來延緩腐蝕。較高的合金含量可通過強化薄膜和快速自我修復薄膜來提高抗腐蝕性。商業品牌的不銹鋼鉻含量上限約為30%。
圖4-4所示為某一含碳量下的鉻一鐵雙合金相圖。所謂的γ環區(奧氏體)是在鉻含量約為11-13%情況下產生的。如果其它奧氏體形成元素增加的話,鉻含量可擴大至約16-18% 。特別應該注意的是碳、氮和鎳的影響,它們可擴大穩定奧氏體的范圍。圖4-5表明了碳和氮元素的加入對邊界移動的影響。
如果不銹鋼在加熱和冷卻過程中通過γ相區。它經過鐵素體——奧氏體——馬氏體轉變,而稱為馬氏體不銹鋼,一般這樣的不銹鋼是磁性的類似鐵并且可以通過熱處理使其硬化。
另一方面,含鉻17%的合金(很少甚至沒有奧氏體形成元素)位于γ環的外邊,保留了鐵素體結構,但通過熱處理不能使其硬化。也有磁性(由于鐵素體結構)稱之為鐵素體不銹鋼,鐵素體不銹鋼在所有溫度下為一同相。
退火工藝對不銹鋼板會產生怎樣的影響?
不銹鋼板是一種具有較高強度、可塑性、韌性等優質特點的一種優質鋼材,并且在很多領域都得到比較好的應用,不銹鋼板管材通常采用多次冷拔加工成型,為加工硬化,冷拔之前需進行退火,而退火處理對材料的組織和性能有著決定性影響。
(1)不銹鋼板組織中大部分晶粒沿拉拔方向有輕微拉長現象,晶粒大小不均;在200、400和550℃退火時主要以回復為主;在600~750℃退火時發生了再結晶,并有大晶粒的現象。
(2)不銹鋼板組織中存在形變孿晶;在200~550℃退火時孿晶密度變化不大;在550~750℃退火時隨退火溫度升高,孿晶密度先增加后減少。
(3)不銹鋼板在200~600℃退火時,組織中無第二相析出;在650~750℃退火時有Cr23C6型碳化物析出,且隨退火溫度升高析出物逐漸增多。
所以,對不銹鋼板組織進行退火后,其組織會發生比較大的變化,由此不銹鋼板可以得到更多的性能,在應用過程中發揮出更大的作用。
70年代以來,我國不銹鋼材料研究工作的其它重要進展有:研制了高強度和超高強度的馬氏體時效不銹鋼并投入工業試制與應用;采用真空感應爐、真空電子束爐和真空自耗爐冶煉并批量生產了C+N≤150-250ppm的高純鐵素體不銹鋼00Cr18Mo2、00Cr26Mo1和00Cr30Mo2;含Mo量≥4.5%的高Mo和高Mo含N的Cr-Ni奧氏體不銹鋼,例如研制成功00Cr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr18Ni18Mo5(N)、00Cr25Ni25Mo5N等并在化工、石化和海洋開發中獲得了應用;在解決濃硝酸腐蝕和固溶態晶間腐蝕方面,研制了00Cr25Ni20Nb和幾種超低碳高硅不銹鋼,80年代以來,超低碳并對鋼中磷含量和α相量嚴加控制的尿素級不銹鋼00Cr18Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N兩種牌號研制完成,它們的板、管、棒材、鍛件以及焊接材料均在大中型尿素工業中得到了應用,取得了滿意的結果;由于一些特殊鋼廠陸續建成冶煉不銹鋼的爐外精煉設備,例如AOD(氬氧精煉爐)、VOD(真空氧精煉爐)等并已投產,我國不銹鋼的冶煉技術上了一個新臺階。它不僅使低碳、超低碳不銹鋼的生產變得輕而易舉,而且使不銹鋼的內在質量提高,成本降低。由于含Ti的18-8型Cr-Ni奧氏體鋼存在一系列缺點,美、日等工業先進 早在60年代便已經實現了由含Ti不銹鋼到普遍采用低碳、超低碳不銹鋼的過渡,而我國是在1985—1990年間才大力進行低碳、超低碳不銹鋼的開發、生產與應用,取得了一些可喜的進展,例如1988年底我國低碳、超低碳18-8型不銹鋼產量已占我國不銹鋼產量的10%左右。但與不銹鋼生產、應用的先進 相比(例如日、美等國含Ti的18-8型Cr-Ni鋼僅占不銹鋼產量的1.5%左右),還存在著很大的差距。80年代,我國還開展了控氮(N 0.05%—0.10%)和氮合金化(N>0.10%)Cr-Ni奧氏體不銹鋼的研制工作。試驗表明,氮在Cr-Ni奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼中是一種無價且非常有益的合金元素。對氮的強化作用,降低鋼的晶間腐蝕敏感性,改善鋼的耐蝕性,特別是改善鋼的耐點蝕等方面的機制,正在進行深入的研究工作。幾種控氮和氮合金化的Cr-Ni奧氏體不銹鋼已結合工程需要投入了批量生產和應用。