奥氏体不锈钢的基本组织形态
铁、铬和镍是铬镍奥氏体不锈钢的三大基础元素,通过主要合金元素和镍的合理搭配,铁-铬-镍三元系和在该三元系基础上加入其他元素构成的合金可以在室温下仍然维持奥氏体基体。另外,加入适量锰和氮,同时将镍含量降低乃至完全取消,也能保持合金基体在室温下呈完全奥氏体组织。但是,随着铬、镍和锰含量的变化和其他元素的加入,以及受热处理或冷变形的影响,在奥氏体基体上还会产生其他相,相应地合金的性能也会发生变化。在奥氏体不锈钢中经常出现的有以下三类。
(1)奥氏体(γ相)的同素异性体:α相(铁素体)、α′相(体心立方的马氏体)和ε相(密集六方的马氏体);
(2)碳化物和氮化物:主要是M23C6,MC,M6C和M7C3型碳化物与Cr2N及Ti(CN)等;
(3)金属间相:也称金属间化合物,主要有б相、χ相和Laves相等。
0Cr20Ni29Mo3Cu4Nb钢热加工和冷加工工艺性能良好。锻造、热轧、镦粗和铆接等都很容易进行。加热炉气氛应控制为弱氧化性,以防止工件增碳。由于钢中铜含量较高,热加工温度不宜过高,应控制在1100℃以下,停锻(轧)温度不低于850℃。冷加工性能与00Cr17Ni14Mo2等常用含钼奥氏体不锈钢相近,但是变形抗力稍大,加工硬化倾向也稍强,因此完成相同变形量时消耗的能量也要多一些,中间软化退火次数也要适当增加。
该钢种正常的热处理制度为1050-1100℃水冷固溶处理。加热炉气氛要控制为弱氧化性。已经固溶处理之后的材料要避免在敏化温度区间内(500-900℃)长时间加热,因为这会导致铬的碳化物沿晶界析出,使耐蚀性下降。如遇这种情况,应再度进行固溶处理。
该钢种可焊性良好,选用相匹配的焊接材料进行手工电弧焊或氩弧焊,不会产生热裂纹。焊前无须预热,焊后也不用热处理。焊接接头的耐蚀性和力学性能与母材相当。的焊接材料为00Cr25Ni40Mo5Cu2,或采用镍基材料00Cr19Ni60Mo17进行焊接。焊接操作中应选用较低的热输入(不大于1×104J/cm)和较低的层间温度(不大于120℃)。
00Cr18Ni14Mo2Cu2系在00Cr17Ni14Mo2基础上加入约2%Cu而发展起来的, 在稀硫酸、磷酸等还原性酸中以及在醋酸、甲酸等有机酸中,其耐蚀性优于00Cr17NI14Mo2和00Cr19Ni13Mo3。此钢系耐稀硫酸腐蚀的较好材料,在室温、中等浓度的硫酸中耐蚀性亦佳。它是制造化工、化肥、化纤设备的重要耐蚀材料,可用作焊接结构件和管道、容器等。
此钢种与00Cr18Ni14Mo2Cu2钢相比,由于碳含量高且加入碳化物形成元素Ti,在具有较高强度的同时,其耐晶间腐蚀性能良好。加之此钢镍含量高,组织更加稳定,不存在铁素体,热塑性好,因而较00Cr18Ni14Mo2Cu2更适于生产管材。此钢的耐蚀性在硫酸等还原性介质中要较00Cr18Ni14Mo2Cu2钢为优。由于它在磷酸、中温中等浓度硫酸中耐蚀性优良,故多用于制造酸洗、合成橡胶、人造丝浸槽等与硫酸相接触的设备。
00Cr25Ni20(Nb)钢的冷、热加工性能良好,适宜的热加工温度为900-1150℃。适宜的冷加工工艺与18-8不锈钢相同。冷加工的中间退火温度00Cr25Ni20(Nb)以1000-1150℃为宜,而不含铌的00Cr25Ni20则可在850-950℃进行。00Cr25Ni20(Nb)易成型,切削性能与18-8不锈钢没有显著差别。
00Cr25Ni20(Nb)的固溶处理温度范围为1000-1150℃,钢中含铌时可选用此范围的上限,加热、保温后需快冷。
00Cr25Ni20(Nb)可焊性良好,可选用钨极氩弧焊,金属极氩弧焊和手工电弧焊,手工电弧焊更为合适。焊件厚度≤6mm时用直径2.5mm的焊条,焊件厚度超过6mm时则用直径≤3.2mm的焊条。由于00Cr25Ni20不仅碳量低且纯度高,因而焊接热裂倾向小。但是含铌的00Cr25Ni20Nb则具有较高的焊接热裂倾向,这与焊接时钢中铌化物低熔点共晶的形成有关。当进行00Cr25Ni20(Nb)管板堆焊时,可采用00Cr25Ni20MoMn钢作为堆焊材料。