2Cr18Ni9,1Cr18Ni9,0Cr18Ni9這三種鋼均屬于奧氏體不銹鋼。在固溶態(tài), 鋼的塑性、韌性、冷加工懷均良好,在氧化性酸和大氣、水、蒸汽等介質(zhì)中耐蝕性亦佳。但在敏化態(tài)或焊后,這些鋼均具有晶間腐蝕傾向,因而在有晶間腐蝕產(chǎn)生的條件下,2Cr19Mi9和1Cr18Ni9一般均不適于用作焊接結(jié)構(gòu)材料,而0Cr19Ni9僅能用作薄截面尺寸的焊接件。就鋼的耐蝕性和鋼的強(qiáng)度而論,以2Cr18Ni9,1Cr18Ni9,0Cr18Ni9為序,耐蝕性依次變好,強(qiáng)度依次降低。
0Cr18Ni9適于制造深沖成型的部件以及輸酸管道、容器等;1Cr18Ni9主要用作各種耐蝕結(jié)構(gòu)件和要求無(wú)磁的部件,也可用于低溫環(huán)境中;2Cr18Ni9主要用于具有強(qiáng)度要求的結(jié)構(gòu)件,如設(shè)備的外殼、緊固件等。它們應(yīng)避免在產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕、孔蝕和縫隙腐蝕的條件下使用。
1Cr18Ni9Ti , 0Cr18Ni9Ti , 00Cr18Ni10 這三種奧氏體不銹鋼是為了解決1Cr18Ni9,0Cr18Ni9焊后具有晶間腐蝕傾向,因而難以應(yīng)用于焊接設(shè)備和部件的不足而發(fā)展的。它們是迄今不銹鋼中產(chǎn)量較大、應(yīng)用較為廣泛的三種牌號(hào)。
χ相和Laves相
χ相主要出現(xiàn)在含鉬的不銹鋼中,是具有體心立方結(jié)構(gòu)的金屬間化合物,每個(gè)晶胞內(nèi)含有58個(gè)原子,代表的化學(xué)成分是Fe36Cr12Mo10。但是由于金屬原子的相互置換,其化學(xué)組成可在一定的范圍內(nèi)變動(dòng)。在奧氏體不銹鋼中,該相的實(shí)際成分多為(FeNi)36Cr18Mo4。χ相主要在晶界,非共格孿晶界和晶內(nèi)的位錯(cuò)處開(kāi)始生成。晶內(nèi)生成的χ相與奧氏體基體保持一定的位向關(guān)系。
Laves相(η相)是B2A型固定原子構(gòu)成的金屬間化合物。在含鉬或鈮的奧氏體不銹鋼中形成的Laves相成分分別為Fe2Mo和Fe2Nb。該相具有六方結(jié)構(gòu),每個(gè)晶胞中含有12個(gè)原子。與碳化物,б相和χ相等相比,Laves相在鋼中生成較慢,生成量也較少,且主要是晶內(nèi)沉淀,與奧氏體基體也保持一定的位向關(guān)系。為形成該相,對(duì)B,A原子的相對(duì)大小有嚴(yán)格的要求:兩者原子半徑的比值不得大于1.225。
影響χ相和Laves相沉淀的因素是相似的。鋼中合金元素有重要影響。鉬、硅和鈦會(huì)加速χ相和Laves相的形成,特別是鉬的作用更為明顯;鎳、碳和氮含量的提高對(duì)這兩種相的沉淀均有抑制作用。冷加工對(duì)這兩種中間相的沉淀速度和沉淀量有不太強(qiáng)的促進(jìn)效果。
奧氏體不銹鋼中χ相和Laves相的沉淀,也像б相一樣,導(dǎo)致耐蝕性下降及塑性、韌性的降低。但是由于這些相的沉淀溫度與碳化物及б相的沉淀溫度大體上相重合,因而在實(shí)際時(shí)效過(guò)程中,單獨(dú)出現(xiàn)χ相或Laves相的情況是極少見(jiàn)的,這些相總是與碳化物、б相等相伴隨而出現(xiàn),且往往是次要相和后生相。所以,這些相的形成對(duì)不銹鋼耐蝕性和力學(xué)性能的影響常常被作為主要相的碳化物或б相的作用所掩蓋。
不銹鋼的物理性能、力學(xué)性能和耐熱性能
不銹鋼和碳鋼的物理性能數(shù)據(jù)對(duì)比,碳鋼的密度略高于鐵素體和馬氏體型不銹鋼,而略低于奧氏體型不銹鋼;電阻率按碳鋼、鐵素體型、馬氏體型和奧氏體型不銹鋼排序遞增;線(xiàn)膨脹系數(shù)大小的排序也類(lèi)似,奧氏體型不銹鋼 而碳鋼小;碳鋼、鐵素體型和馬氏體型不銹鋼有磁性,奧氏體型不銹鋼無(wú)磁性,但其冷加工硬化生成成氏體相變時(shí)將會(huì)產(chǎn)生磁性,可用熱處理方法來(lái)這種馬氏體組織而恢復(fù)其無(wú)磁性。
奧氏體型不銹鋼與碳鋼相比,具有下列特點(diǎn):
1)高的電陰率,約為碳鋼的5倍。
2)大的線(xiàn)膨脹系數(shù),比碳鋼大40%,并隨著溫度的升高,線(xiàn)膨脹系數(shù)的數(shù)值也相應(yīng)地提高。
3)低的熱導(dǎo)率,約為碳鋼的1/3。
0Cr18Mn13Ni3N雖一種以錳和氮代替大部分鎳的奧氏體不銹鋼, 其特點(diǎn)是具有高屈服強(qiáng)度,良好的耐應(yīng)力腐蝕破裂性能,低導(dǎo)磁率(甚至大變形量冷加工之后)和優(yōu)良的低溫性能,并且易于焊接。該鋼種還可通過(guò)冷變形獲得更高的強(qiáng)度。主要應(yīng)用在弱腐蝕條件下承受較重負(fù)荷的設(shè)備或構(gòu)件,如熱交換器、壓力容器、配管和管線(xiàn)等;也用于低溫下工作的設(shè)備,如貯槽、閥門(mén)和導(dǎo)管等。
1Cr18Mn8Ni15N系以Mn,N代替18-8不銹鋼中部分Ni而發(fā)展的節(jié)Ni不銹鋼。 這種鋼的特點(diǎn)是強(qiáng)度較18-8鋼高,可用來(lái)制造較低溫度下稀硝酸中工作的化工設(shè)備,如稀硝酸地下貯槽、硝銨真空蒸發(fā)器等。
00Cr22Ni13Mn5Mo2N是一種用適量錳和氮代替部分鎳的奧氏體不銹鋼,其特點(diǎn)是由于鉻、鉬和氮等元素的良好搭配及氮的強(qiáng)化作用,在具有優(yōu)良耐蝕性的同時(shí),又有較高的強(qiáng)度。同時(shí)該鋼種在低溫下韌性很好,在中等高溫下也有相當(dāng)高的強(qiáng)度,還可以通過(guò)冷變形進(jìn)行強(qiáng)化。另外該鋼還具有無(wú)磁的特性,即使在相當(dāng)大的冷變形之后磁性也很低。這種鋼主要用于既要求良好耐蝕性又承受較強(qiáng)負(fù)荷或磨損的設(shè)備及構(gòu)件,比如化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)中的泵、閥門(mén)、鏈條、篩網(wǎng)及其他承力部件,也用于海水裝備、如船用軸、錨鏈、電纜和熱交換器等。