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1、铁素体不锈钢培训资料铁素体是指铁和其它元素形成的体心立方晶格结构的固溶体。对一般钢而言，通常是指碳和其它元素在铁中的间隙固溶体(相)组织，不会发生奥氏体相变。铁素体不锈钢则是指含有大于12%铬在铁中的间隙固溶体。其中还含有相当低的碳和铁素体的形成元素如、等，以保证钢的组织主要是铁素体。它具有强烈的磁性，不能用淬火方法使之硬化。含铬量一般在12%30%之间，含碳量大多数低于0.12%。铁素体不锈钢可分为普通类和高纯类；按铬含量又可分为低铬类和高铬类。1.1 普通铁素体不锈钢1.1.1 种类(1)12%14%型12%14%钢只有在碳含量很低的情况下，才属于铁素体型不锈钢，如0012、013等。有的
2、还加有少量铁素体形成元素的钢，如013等。低铬铁素体不锈钢综合性能良好，但耐蚀性不如高铬类。(2)16%18%型16%18%铬的钢只有在碳含量很低时(一般碳不大于0.12%)，才属于铁素体型不锈钢，例如017、117等钢。当铬低碳高时，会有一定数量的珠光体如117钢。碳含量更高时，如717等钢，已属于马氏型不锈钢。总之，17型不锈钢是否属于铁素体型，主要取决于碳含量和添加铁素体形成元素。(3)25%30%型25%30%铬型不锈钢因含铬量很高，均为铁素体组织。在铁素体不锈钢中是耐蚀性能和抗高温氧化性能最好的一类。但因铬含量高，普通铁素体型不锈钢的多种脆性等缺点更加突出和严重。1.1.2普通高铬铁
3、素体不锈钢存在的主要问题 脆性转变温度和缺口敏感性高铬铁素体不锈钢的韧性脆性转变温度，一般都在室温以上。随含铬量的提高或缺口尖锐度的增加，其脆性转变温度也明显升高，当温度升到870时，缺口敏感性才完全消失。造成脆性转变温度高和对缺口敏感性大的主要原因是，钢中间隙元素，尤其是碳、氮和氧等含量较高，并与其化合物沉淀有关。这些夹杂物和析出相往往是应力集中处和裂纹起源处。 475脆性和相脆性475脆性 含铬量超过12%的铁素体不锈钢，加热至340540时，经一定时间后，钢的硬度增加，冲击韧性显著降低，尤其是470时，最为严重，故称为475脆性。产生475脆性的基本原因是一种富铬(61%83%)的相的沉
4、淀析出所致。它具有体心立方晶格结构，无磁性。相的析出不仅带来脆性，而且显著降低钢的耐蚀性能。475脆性可以通过将钢加热到600以上温度，并保温一定时间，快速冷却至室温的办法来消除。温度愈高，脆性消除更加容易，通常是在700800之间处理。相脆性根据 相图，当铬含量在15%70%范围内，于500800时存在相。它是一种金属间化合物，含铬42%50%，无磁性，具有四方晶格结构，属高硬度脆性相。相首先产生于晶粒边界，呈链网小岛形状，使钢的硬度提高，却显著降低钢的塑性、缺口韧性及耐蚀性能。添加某些元素，如钼、硅等，可以扩大相区存在范围，使相区向低铬浓度方向移动，有利于相的形成。冷加工也会增大相的析出速
5、度。提高铬含量将显著加速相的形成。相可以通过加热至800以上温度，保温一定时间使其溶解后快速冷却至室温的办法来消除。高温脆性普通高铬铁素体不锈钢，加热至9501000以上，急冷至室温，其塑性和缺口韧性显著降低，称为高温脆性。若重新加热至750850，可以恢复其塑性。这种高温脆性十分有害，在进行焊接、950以上等温热处理或铸造过程中，均可能出现这种脆性；同时耐蚀性也显著降低。产生高温脆性的基本原因是与碳、氮等间隙元素的化合物在晶界和晶内位错上析出有关。降低钢中的碳、氮含量，减少甚至避免碳、氮化合物的沉淀析出，可以大大改善高温脆性。2.4晶间腐蚀敏感性普通高铬铁素体不锈钢在加热过程中存在着475脆
6、性、相脆性和高温脆性的三个脆化温度区。由于富铬的相、相或碳、氮化合物的析出等原因，不仅引起脆化，而且带来晶间腐蚀敏感性，使耐蚀性能显著降低。尤其是当温度超过900950以上而后快冷时，具有十分敏感的晶间腐蚀倾向。即使钢中碳、氮含量较低，如在自来水这样弱的腐蚀条件下，经高温空冷或焊缝区也会发生晶间腐蚀。若重新加热至700850热处理，其晶间腐蚀敏感性可以消除。对普通高铬铁素体不锈钢从高温快冷后产生晶间腐蚀倾向机理的解释：是由于富铬碳化物的析出造成其附近贫铬引起的。碳、氮在铁素体中的固溶度比在奥氏体中小得多，而铬在铁素体中的扩散速度比在奥氏体中大的多。当高铬铁素体不锈钢加热至950以上，富铬的碳氮
7、化合物溶解于铁素体中。但在快速淬火冷却过程中，由于高度过饱和的间隙固溶体具有强烈析出倾向和在铁素体中碳、氮元素的扩散速度极快(比铬还快，比在奥氏体中快数百倍)，经过中温时也难以阻止富铬碳、氮化合物的快速析出。当重新加热至700850时，因铬的快速扩散，增加了贫铬区的铬含量。虽有晶间析出物存在，但耐晶间腐蚀性能良好。1.2高纯高铬铁素体不锈钢1969年美国首次采用法(真空感应炉与电子束联合精炼法)生产出+0.01%的26 1钢，即 27(我国于1975年试制成功)。1979年，日本采用真空感应炉与真空自耗炉双联工艺生产了高纯182钢(我国于1980年采用真空感应炉生产)。这是两类具有代表性的高纯
8、高铬铁素体不锈钢。高纯高铬(16%30%)铁素体不锈钢常含有1%4%的，以改善其耐非氧化性介质和耐点蚀、缝隙腐蚀等性能，对晶间腐蚀还起到一定的延迟敏化作用。+总量的最大允许量，随钢种成分和用途要求而异。在+总含量极低时，经焊接或高温固溶淬火后，可以消除晶间腐蚀敏感性。然而，由于要求临界含量很低(一般高纯级的+0.01%0.015%)，在大规模生产上不是难以实现，就是价格昂贵。目前除继续采用大型真空感应炉生产外，已采用炉外精炼技术和适当放宽控制含量，并辅以加入稳定化元素(如钛、铌等)，发展了超低碳、氮(+0.03%)和低碳、氮(+=0 035%0 045%)高铬铁素体不锈钢，在一定程度上能克服普
9、通铁素体不锈钢的某些缺点和不足。下表给出上述各类已列入国家标准的铁素体不锈钢的牌号及化学成分。1.3铁素体不锈钢工艺性能 焊接性能铁素体不锈钢的塑性和韧性都很低，焊接性能较差，又由于熔合线附近的热影响区的晶粒粗化、475脆性、高温脆性以及相形成所引起的焊缝韧性不足，焊接裂纹倾向较大。因此，焊接时必须选择尽量小的焊接规范。对于含铬量较高(16%)的铁素体不锈钢，有可能焊后在常温下就产生裂纹。为此，焊接时应将工件在70100予热。通常用奥氏体焊条焊铁素体钢。3.2铸造性能铁素体不锈钢的铸造性能较差，钢的流动性随钢中碳、铬、锰、硅含量的增加而提高。这类钢的铸造收缩率一般为1.4%1.6%。此外，这类
10、钢铸造时晶粒粗大，含铬很高的28钢铸造时，铸件的热裂倾向大。 锻造性能铁素体不锈钢的锻造性能较好，但由于有较大的晶粒长大倾向，锻造加热的上限温度应受到严格限制。为了获得细晶粒组织和防止脆性，应恰当的控制加热温度、变形量以及终锻温度，还应当在较低温度下进行一定量的变形。通常采用的锻造工艺参数是，始锻温度为10401120，终锻温度为700800。细化晶粒所必需的最小变形量随温度而定，700时约5%，800900时约为10%15%。铁素体不锈钢加工硬化效应低，锻件产生裂纹的危险性较小，但在锻件冷却时，必须注意冷却速度(应快速)，避免在475脆性的温度范围内长时间停留而出现脆性。切削性能铁素体不锈钢
11、有良好的切削性能，很容易进行切削加工，含硫和硒的铁素体不锈钢切削性能更佳，更易于加工。含铬高达25%30%的铁素体不锈钢，切削加工比较困难。需要指出的是，马氏体和铁素体不锈钢的导热率低，切削加工时出现局部过热的危险，这将使刀具切削刃加速破坏。为此，可采取选用大型刀具并外加冷却液。 铁素体不锈钢的热处理铁素体不锈钢热处理的目的，主要是清除因冷变形加工及焊接所导致的内应力，改善加工性能，其次是通过热处理消除铸件在凝固过程中产生的偏析，使其组织均匀化，以及消除因在焊接过程中所形成的相变产物和475脆性。一般是在比临界点稍低的适当温度加热，进行退火、退火温度通常多控制在700850之间。铁素体不锈钢的
12、耐蚀性能铁素体不锈钢对晶间腐蚀的敏感性较高，但在氯化物介质中具有良好的抗应力腐蚀开裂性能，比铬镍奥氏体不锈钢优越得多，在含微量氯离子和氧的热水和高温水的介质中以及在苛性钠的溶液中，也表现出优异的抗应力腐蚀开裂性能。铁素体不锈钢对硝酸等氧化性介质有良好的耐蚀性能，与同等铬含量的镍铬奥氏体不锈钢相当，随着铬含量的增加，其耐蚀性能也增加。但对还原性介质，铁素体不锈钢的耐蚀性则不如铬镍奥氏体不锈钢。以上是铁素体不锈钢耐蚀性能的一般特点，但各类铁素体不锈钢的耐蚀性能及其应用又有不同。l 13型不锈钢耐蚀性含碳量低的钢(如013、113)耐蚀性较好，一般在大气、蒸馏水、自来水及天然淡水中是稳定的，但在含有
13、-离子的水中易产生局部腐蚀；在过热蒸汽介质中具有非常高的稳定性；在稀硝酸中是稳定的，当酸浓度超过70%时，腐蚀率突然增加；在还原性介质中耐蚀性差。在磷酸中也不稳定，在碱中较稳定，但不如铬镍钢；在有机酸中较稳定，如在4%5%醋酸中13是耐蚀的，但当含碳量高时，钢将受到腐蚀。添加钛和铌，可防止晶间腐蚀。l 1619型不锈钢耐蚀性在含碳量非常低时(如117)为铁素体组织。在氧化性环境中表面钝态稳定，增加了对大气或海水的耐蚀性，故多用作建筑材料和房屋的装饰品。17钢广泛用于硝酸工业中，制造吸收塔、热交换器、输送管道和贮酸槽等。在高温，硝酸浓度不超过60%时稳定。沸腾时，浓度不得超过50%60%。在非氧
14、化性酸(如盐酸、硫酸、蚁酸和草酸等)中不稳定，在非还原性其它介质中则十分稳定。l 2530型不锈钢耐蚀性当含碳量为0.1%0.25%时为纯铁素体组织。这类钢是铬钢中耐酸腐蚀和耐热性最好的钢，它容易钝化，且钝态更加稳定。25%30%钢在淬火状态有足够的塑性，可用来制造不受冲击负荷的部件。这类钢耐热性虽高，但热强性差。在诸如硝酸中具有最大的耐蚀性，当介质中含有加强钝化效应的杂质，如3+、2+及2等时，甚至在硫酸中仍具有较高的稳定性，但在含有-离子的介质中耐蚀性明显下降。在烧碱溶液中高铬钢远不如镍基合金稳定。当在高温浓碱中时，其稳定性甚至低于工业纯铁。铁素体不锈钢耐氯化物应力腐蚀开裂的性能比奥氏体不锈钢高得多，但并非绝对不产生。裂纹常起源于晶间腐蚀和点蚀。
