金属腐蚀概论不锈钢和耐热合金.ppt

3.3 各类不锈钢的特点 奥氏体不锈钢： 典型代表是在18％Cr钢加 8％Ni，通常称此钢为18－8钢，具有良好的耐蚀性和焊接性以及优良的强度、塑性和韧性的综合性能。 18-8钢中的单相γ是介稳相： 碳在室温奥氏体中的溶解度仅有0.03％，而该钢除超低碳外，一般规定碳为0.10％左右，因此钢缓冷到图中的SK线之下的平衡组织为γ＋α＋C，即奥氏体+铁素体+合金碳化物[( Cr，Fe)23C6]。 这表明18-8钢中的单相γ是介稳相，钢加热ES线之上经固溶后快冷得到的，因此含有过饱和的碳。 ★奥氏体不锈钢的成分特点： 1）低碳（~0.1%C）、高Cr、Ni是此类钢的成分特点，有较高的耐蚀性。钢中的C易与Cr在晶界处形成碳化物Cr23C6，造成近晶界区域贫铬而使抗蚀性降低，这就是晶间腐蚀。 2）钢中加入Ti、Nb等碳化物形成元素，是为了消除所含碳引起的晶间腐蚀。因而奥氏体不锈钢均含碳量很低。加入的Ti、Nb比Cr更易形成稳定的碳化物，避免形成Cr23C6 ，从而消除了晶间腐蚀。 3）为进一步提高奥氏体稳定性，以获得更高的耐蚀性和抗热性，可将钢的成分从18-8型过渡到23-13型以及23-28型不锈钢。 4）为节省稀缺昂贵的Ni，国内外都发展了一些低Ni或无Ni的钢种，即用Mn、N代替部分或全部Ni，我国列入国家标准的有0Cr18Mn8Ni5N、0Cr17Mn13Mo2N等。 铁素体不锈钢 ： 这类钢因Cr(13~17%)含量高，钝化性能好，故具有良好的耐蚀性和抗氧化性，其强度和抗应力腐蚀性能以及导热率和热膨胀率均比奥氏体不锈钢好， 但具有4750C脆性（因富Cr的α相析出） 。α相析出脆性（FeCr金属间化合物）和高温脆性（晶粒长大和C，N化合物析出）以及焊接性能差并对晶间腐蚀比较敏感。 马氏体不锈钢 ： （碳在体心立方铁素体中的过饱和固溶体） 这类钢的特点是强度、硬度和耐磨性高，但焊接性、耐蚀性和热加工性能以及塑韧性比较差。 沉淀硬化型不锈钢 ： 沉淀硬化型不锈钢有马氏体型、奥氏体型、奥氏体+马氏体型和奥氏体+铁素体型四类。 它们是在各类不锈钢基础上通过加入一种或多种硬化元素而得到的强韧性、焊接性、成形性和不锈性等综合性能比较好的不锈钢。 碳含量都比较低，其硬化主要依靠Al，Ti，Nb，Mo，Cu，Co等硬化元素的中间相（Ni3 Al，Ni3Ti等）析出和少量碳化物沉淀而产生的。所以这类钢比马氏体不锈钢具有更高的强度和韧性，更好的耐蚀性、焊接性和冷加工性能。 双相不锈钢 ： 双相不锈钢是指由奥氏体和铁素体组成的不锈钢。双相不锈钢的组织特点是它兼有奥氏体和铁素体的优点，克服了二者的部分缺点。因此这类钢具有强度高、韧性好和优良的抗晶间腐蚀、耐应力腐蚀和点腐蚀的能力。 双相不锈钢抗晶间腐蚀的原因是： ★ 碳多富集在γ相中，而铬是铁素体形成元素，多富集在α相中且在α相中扩散速度快。当加热时，富铬的碳化物Cr23C6优先在γ/α相界的α相一侧形核，从而明显减少了γ相内的碳化物析出。 ★面心立方的γ相致密度大，碳和铬的扩散速度很慢，所以Cr23C6析出的数量也很少，即难以在晶界构成连续网状。 ★铬不仅在α相中含量高且在致密度小的α相中扩散速度很快（比在γ相中高2－3个量级），故很容易消除因析出Cr23C6而产生的贫铬区。 但在焊缝组织中铁素体含量不宜过多，大于15％时易形成连续网状或析出σ相而带来危害。 ★ 应力腐蚀 金属材料在拉应力和对它敏感的腐蚀介质共同作用下所引起的脆性断裂称为应力腐蚀开裂，简称 SCC（Stress Corrosion Cracking）。 应力腐蚀的特点： SCC与单纯的拉伸破坏不同，当有敏感的腐蚀介质时，材料在低于它的屈服强度下即可发生破坏；它又与单纯的腐蚀不同，当有拉应力时，即使很弱的敏感介质，腐蚀速度也较快。除了极纯的金属外，几乎所有金属或合金都有发生SCC的可能性，且断裂前没有任何预兆，一旦腐蚀萌生的微裂纹扩展成为临界裂纹，在极低的应力下即可迅速扩展而导致断裂，所以SCC是一种极为普遍、隐蔽和危害性很大的局部腐蚀。 ★产生SCC 的条件： 1．SCC要求一定的拉应力 一般情况下，材料产生SCC都有它特定条件的各自临界应力值。