海西不锈钢钢种很多,性能又各异,常见的分类方法有:
① 按钢的组织结构分类,如马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢等。
② 按钢中的主要化学成分或钢中一些特征元素来分类,如海西铬不锈钢、海西铬镍不锈钢、海西铬镍钼不锈钢以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等。
③ 按钢的性能特点和用途来分类,如耐硝酸(硝酸级)不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢板、高强度不锈钢等。
④按钢的功能特点分类,如低温不锈钢,无磁不锈钢,易切削不锈钢,超塑性不锈钢等。
目前常用的分类方法是按钢的组织结构特点和按钢的化学成份特点以及两者相结合的方法来分类。例如,把目前的海西不锈钢分为:马氏体钢,铁素体钢,奥氏体钢,双相钢和沉淀硬化型钢等五大类,或分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类。本书为了叙述方便并避免重复,则采用按化学成分与组织结构特点相结合的分类方法,即马氏体不锈钢(包括马氏体Cr不锈钢和马氏体Cr-Ni不锈钢),铁素体不锈钢,奥氏体不锈钢(包括Cr-Ni和Cr-Mn-Ni(-N)奥氏体不锈钢),α+γ双相不锈钢及超级不锈钢。
χ相和Laves相
χ相主要出现在含钼的不海西锈钢中,是具有体心立方结构的金属间化合物,每个晶胞内含有58个原子,代表的化学成分是Fe36Cr12Mo10。但是由于金属原子的相互置换,其化学组成可在一定的范围内变动。在奥氏体海西不锈钢中,该相的实际成分多为(FeNi)36Cr18Mo4。χ相主要在晶界,非共格孪晶界和晶内的位错处开始生成。晶内生成的χ相与奥氏体基体保持一定的位向关系。
Laves相(η相)是B2A型固定原子构成的金属间化合物。在含钼或铌的奥氏体海西不锈钢中形成的Laves相成分分别为Fe2Mo和Fe2Nb。该相具有六方结构,每个晶胞中含有12个原子。与碳化物,б相和χ相等相比,Laves相在钢中生成较慢,生成量也较少,且主要是晶内沉淀,与奥氏体基体也保持一定的位向关系。为形成该相,对B,A原子的相对大小有严格的要求:两者原子半径的比值不得大于1.225。
影响χ相和Laves相沉淀的因素是相似的。钢中合金元素有重要影响。钼、硅和钛会加速χ相和Laves相的形成,特别是钼的作用更为明显;镍、碳和氮含量的提高对这两种相的沉淀均有抑制作用。冷加工对这两种中间相的沉淀速度和沉淀量有不太强的促进效果。
奥氏体不锈钢中χ相和Laves相的沉淀,也像б相一样,导致耐蚀性下降及塑性、韧性的降低。但是由于这些相的沉淀温度与碳化物及б相的沉淀温度大体上相重合,因而在实际时效过程中,单独出现χ相或Laves相的情况是极少见的,这些相总是与碳化物、б相等相伴随而出现,且往往是次要相和后生相。所以,这些相的形成对不锈钢耐蚀性和力学性能的影响常常被作为主要相的碳化物或б相的作用所掩盖。
海西00Cr17Ti在800-860℃退火态(急冷)下,一般要求钢的бb≥44/MPaδ5≥35% 。钢的冲击韧性一般虽不要求检验。但当采用标准或5mm厚V型缺口试样进行冲击试验时,其冲击值一般低于1×105J/m2。而当采用1-2mm薄板叠加成非标准试样(V型缺口)进行同样冲击试验时,则可获得满意的冲击韧性。
耐腐蚀性能
00Cr17Ti的耐蚀性基本上与前述海西0Cr17Ti相同或稍优。例如,在非常稀的盐酸中,海西00Cr17Ti的耐蚀临界浓度为0.1%,而0Cr17Ti为0.05% 。由于00Cr17Ti的耐蚀性不会低于0Cr17Ti,故在考虑00Cr17Ti的耐蚀性时可参阅0Cr17Ti的耐蚀性数据。试验指出,在很稀的(2%)沸腾甲酸中,00Cr17Ti的耐蚀性甚至优于1Cr18Ni9Ti[前者腐蚀速度为0.030g/(m2•h),而后者为0.533g/(m2•h)]。试验还表明,由于00Cr17Ti钢中碳、氮量较0Cr17Ti,1Cr17Ti为低,因而,其耐孔蚀和耐锈蚀的能力也较0Cr17Ti,1Cr17Ti有所提高。
冷、热加工和热处理工艺及焊接性能
此00Cr17Ti钢的冷、热加工性能和要求与0Cr17Ti钢相同。热处理工艺基本上也是退火后急冷(加热温度800-850℃)。由于碳、氮较低,故00Cr17Ti可焊接较好。00Cr17Ti的3mm板材采用与母材同成分的焊丝和18-8奥氏体不锈钢焊丝进行钨极氩弧焊,结果表明。焊缝弯曲180°均无裂纹;杯突试验当深度达10mm后才会出现裂纹;焊缝冲击值,采用与母材同成分焊丝焊接时仅10×5×105J/m2 ,而用18-8奥氏体钢焊丝时,则可达10×105J/m2以上。此时焊缝呈α+γ双相结构;只要00Cr17Ti钢中含有足够的Ti,焊后不会有晶间腐蚀倾向,同时,焊后晶界上也不会在盐雾试验中出现锈蚀。
海西1Cr18Ni12Mo3Ti海西0Cr18Ni12Mo3Ti和海西00Cr19Ni13Mo3这四种含氮奥氏体不锈钢均是在其各自的不含氮钢种的基础上发展起来的。它们既保留了原来各相应不含氮钢种的耐蚀性特点,同时由于氮的强化作用提高了强度和加工硬化倾向,而塑性、韧性仍然维持很高的水平。另外,氮的加入也进一步改善在某些方面的耐蚀性,特别是耐点腐蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀性能。这些钢可用在各相应不含氮钢的应用场合,同时可承受更重的负荷,因而可减少材料消耗。从实用角度上讲,目前重要的是0Cr19Ni9N和00Cr17Ni13Mo2N两种。0Cr19Ni9N钢主要用于要求一定耐蚀性和较高强度或减轻重量的设备及构件,比如飞机和宇航器中的部件与装置,海水设备中泵、阀以及船舶的轴与推进器等。00Cr17Ni13Mo2N钢主要用于化工、化肥(特别是尿素生产)装置中的高压设备和管线,如合成塔、反应器和容器有关设备。