奥氏体不锈钢全面详解:种类、特性、腐蚀与防护

概述

不锈钢的种类主要有以铬为主加元素的铁素体不锈钢(0Cr13、1Cr17 等)和马氏体不锈钢(1Cr13、2Cr13 等),以铬、镍为主加元素的奥氏体不锈钢(0Cr18Ni9、00Cr18Ni10 等),其中奥氏体不锈钢在压力容器中应用较为广泛。

在含铬18%的钢中加入镍,当镍含量大于13%时,可以在常温下获得稳定的单相奥氏体钢。但是经过热工,在1050~1100℃加热后进行淬火,含镍低至8%也可获得亚稳的单相状态的奥氏体组织即铬18镍8钢,这是一种较经济的奥氏体不锈钢。

种类

按照所含主要合金元素的不同,可以分为铬-镍奥氏体不锈钢(即300系列奥氏体不锈钢),以及铬-镍-锰奥氏体不锈钢(即200系列奥氏体不锈钢)。

300系列奥氏体不锈钢,又可以分为两个系列:18-8型25-20型

18-8型奥氏体不锈钢,按照附加的其他合金元素又可以分为304、316、321、347等。

按照含碳量的多少还可以分为高碳、低碳类型,例如304H、304、304L等。

此外还有耐腐蚀性极好的超级奥氏体不锈钢,如904L等。

特性

奥氏体类不锈钢的机械性能与铁素体类相比,其屈服点低,但屈服后的加工硬化性高,塑性、韧性好。同时奥氏体类不锈钢具有面心立方晶格方面所特有的性能,与体心立方晶格的铁素体不同,不出现低温脆性,所以它可以作为低温用钢。同时奥氏体类钢还具有良好的高温性能,也可作耐热钢。

奥氏体类钢具有非常显著的加工硬化特性,其原因主要是由于亚稳的奥氏体在塑性变形过程中形成马氏体。因此,热处理不能用来强化奥氏体钢,而采用冷加的方法可以对其进行强化处理。

常用牌号与耐蚀性

奥氏体不锈钢中最常用的牌号是1Cr18Ni9,它具有良好的化学稳定性。在氧化性和某些还原性介质中耐蚀性很高,但在敏化状态,钢存在晶间腐蚀敏感性,并且在高温氯化物溶液中容易发生应力腐蚀开裂。

根据不同的要求,可以加入适量的钛、铌、钼、硅、铜等元素使钢的耐蚀性得到改善。许多铬镍奥氏体不锈钢耐酸钢都是在1Cr18Ni9的基础上通过合金化途径发展出来的。例如:

  • 改善抗晶间腐蚀性能而发展出的低碳(C≤0.06%)的0Cr18Ni9
  • 超低碳(C≤0.03%)的00Cr18Ni10
  • 加入钛来稳定碳的0Cr18Ni9Ti
  • 为提高抗点蚀性能而发展的含钼不锈钢0Cr17Ni12Mo2等。

就奥氏体不锈钢的耐蚀性而言,由于使用条件的变化,存在着晶间腐蚀、点蚀及应力腐蚀破裂等问题。

晶间腐蚀

奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因,一般认为是由于晶间贫铬所致。奥氏体不锈钢具有很高的耐蚀性是由于钢中含有高铬成分,但如果不锈钢在450~850℃的温度范围内长时间停留,钢中的碳会向奥氏体晶界扩散,并在晶界处与铬化合析出碳化铬(Cr₂₃C₆),在碳化物两侧出现含铬低于11.4%、厚度约为数十至数百纳米的贫铬区。由于这种贫铬使晶间不能抵抗某些介质的浸蚀,所以这样的晶间对腐蚀介质就十分敏感。

由于焊接时焊缝和热影响区在升降温过程中难于避开450℃~850℃的温度区间,所以焊接接头金属的晶间容易贫铬发生晶间腐蚀。除焊接外,其它热加工或使用过程,如温度处于敏化温度区间,也有可能导致奥氏体不锈钢晶间贫铬。

在奥氏体不锈钢焊接接头中,晶间腐蚀可以发生在热影响区,也可以发生在焊缝表面或熔合线上。晶间腐蚀是奥氏体不锈钢较常见的破坏形式。晶间腐蚀沿晶界进行,使晶界产生连续性的破坏。这种腐蚀开始于金属表面,逐步深入其内部,直接引起破裂。

产生晶间腐蚀的不锈钢,从外表看不出与正常钢材有什么不同。但是被腐蚀的晶间几乎完全丧失了强度,在应力作用下会迅速产生沿晶间的断裂。严重的晶间腐蚀试样,在弯曲90°后,其弯曲处出现明显的裂纹。最严重的可以完全失去金属声音,轻敲即可碎成粉末。

解决晶间腐蚀的措施

  • 选用低碳、超低碳和加钛或铌的奥氏体钢种;
  • 通过热处理方法(如固溶处理和稳定化处理)来提高钢的抗晶间腐蚀性能。

点腐蚀

点腐蚀是一种局部腐蚀,当介质中含有Cl⁻、Br⁻时,会使不锈钢产生点蚀。提高不锈钢抗点蚀能力是增加钢中Cr、Mo、Ni等元素的含量,含钼的高铬镍不锈钢如1Cr18Ni12Mo2Ti00Cr20Ni30Mo2Nb等具有较好的抗点蚀性能。

应力腐蚀断裂

应力腐蚀断裂是奥氏体不锈钢另一种破坏形式。使用两相不锈钢(奥氏体 + 少量铁素体)是解决应力腐蚀最有效的措施。

2 个赞