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  • 以錳代鎳的簡單成分的鉻錳奧氏體不銹鋼管的性能與組織

        鉻鎳奧氏體耐酸不銹鋼管雖然具有很多優點,但是含鎳量比較高,鎳在世界范圍內都是比較缺乏的金屬,因此促使人們研究和生產低鎳和無鎳的耐酸不銹鋼管,以解決缺少鎳的矛盾。許多國家從20年代即開始了低鎳和無鎳不銹鋼的研究,至50年代這一研究擴大至更多的國家,而工作的重點則是以錳和氮來取代經典的18-8型鉻鎳耐酸不銹鋼管中的鎳。

        迄今,研究和應用的低鎳和無鎳奧氏體耐酸不銹鋼管,基本上可分為三種類型:僅以錳代鎳的簡單成分的鉻錳不銹鋼;在18-8鉻鎳鋼基礎上以錳或錳和氮代替部分鎳,仍保留一部分鎳的低鎳不銹鋼;以錳和氮取代全部鎳的無鎳的鉻錳氮不銹鋼。這三種類型的不銹鋼基本上反映了以錳和氮代鎳的發展過程,以下我們就按這個順序討論它們的性能和組織。

        以錳代鎳的簡單成分的鉻錳奧氏體不銹鋼的性能與組織

        關于錳穩定奧氏體的作用,我們在第一章里已作了討論。用錳代鎳的奧氏體鉻錳鋼,開始時含鉻量均比較低,如Mn17Cr7Ti,Mn17Cr10VMn17Cr7MoV鋼等,是為了代替18-8鉻鎳奧氏體鋼作工作溫度為650的熱強鋼使用的,其中Mn17Cr7MoV鋼在650的持久強度每毫米8分鐘。因為它們的含鉻量低不能用作耐酸不銹鋼管,而提高鋼中的鉻量至耐酸不銹鋼所需的水平,卻碰到一系列的困難,其中最重要。的是僅以錳合金化的鉻錳不銹鋼,不能獲得純奧氏體的組織。

        圖6-1Fe-Cr-Mn系合金相圖含鉻18%的截面。含錳大于3%的合金是由奧氏體和鐵素體組成的;不管加熱溫度如何,增加含錳量至30%,也不能獲得純奧氏體組織。只有在含鉻不超過1215%15%錳時,才能使含碳0.1%的鉻錳鋼自10001050迅速冷卻得到純奧氏體組織。當含鉻量大于1415%、一碳量小于0. 2%時,無論含錳多少也不能使鋼獲得純奧氏體組織。

    可見,如使簡單的鉻錳不銹鋼得到純奧氏體組織,或者是降低含鉻量,或者是提高含碳量,而這兩種做法都是不利于鋼的耐腐蝕性能的。所以,雖然在國外也有用含0.1-0.2%碳、18%錳及9%鉻的鋼制造餐具,但實際上其含鉻量已降至不銹鋼所需的極限含鉻量以下了。

        鉻錳不銹鋼管的耐腐蝕性能,主要決定于鋼中的含鉻量,只有在鋼中的含鉻量接近于18-8鉻鎳奧氏體鋼的水平時,鉻錳鋼的耐腐蝕性能才接近于18-8鉻鎳奧氏體鋼。從圖6 4還可以看出鉻錳鋼的耐腐蝕性能,隨鋼中含錳量增加而降低,并且表現在含鉻低于10%時更為顯著。

        鉻錳奧氏體不銹鋼管,在500800短期加熱以后,對晶間腐蝕很敏感。向鋼中加入穩定碳化物的元素如鈦、鈮、鉭等,并不能降低鋼對晶間腐蝕的敏感性。相反,由于這些元素的封閉或縮小y區的作用,使鉻錳鋼獲得純奧氏體的極限含鉻量降低,增加鋼中的鐵素體數量。

        雖然鉻錳不銹鋼的機械性能可以接近或者超過18--8鉻鎳鋼的水平,如含15%鉻和15%錳的鋼,自11001200水冷后的機械性能可達:70-80公斤/毫米2,d=4050%,aK= 2030。但鉻錳不銹鋼在回火時,由于發生d-A的轉變而出現很大的脆性。

        由圖1可知,含鉻18%、含錳大于8%的合金,加熱至600700范圍時即出現A相。與鉻鎳奧氏體不銹鋼不同的是,錳使鋼產生a相的極限含鉻量降低,并且Fe-Cr-Mn系的A相可溶解大量(達35%)的錳,在Fe-Cr-Ni系中,d相只能溶解約10%鎳。

        鉻錳不銹鋼中的A相是由組織中的鐵素體轉變而成的,其轉變過程是先由鐵素體中析出奧氏體,然后在剩余鐵素體中產生A相。

       鉻錳不銹鋼中A相的析出過程比鉻鎳不銹鋼管要強烈得多。通常在600-800加熱幾十分鐘或幾小時,即可因析出A相而使鉻錳鋼的性能發生重大變化。圖6-6為含18%鉻、15%錳的鉻錳不銹鋼,1100℃淬火后在700回火的機械性能變化。這種鋼淬火后的組織由59%的鐵素體與41%的奧氏體組成;鼗10分鐘,強度與塑性發生明顯降低,這是因為在鐵素體與奧氏體相界上析出了碳化物,使鋼的塑性降低的同時,固溶體貧鉻而強度也降低。此后,隨著回火時間的延長,鋼的強度升高,塑性降低,至回火60鐘后強度達到最大值,a63.4提高到101.1公斤/毫米2,同時延伸率由50%降至1%,斷面收縮率由68.5%降至5. 3%;鼗饡r鋼的性能的上述變化,都是由于鐵素體轉變為A相的結果。由于鉻錳鋼中A相轉變過程的迅速與強烈,甚至無法用沖擊韌性的變化來反映,因為在回火的初期,由于A相的析出已使鋼管的沖擊韌性降至很低的水平。

        基于上述幾方面的原因,簡單成分的鉻錳不銹鋼管,在工業中未能獲得廣泛應用。雖然如此,由于對簡單鉻錳不銹鋼的研究,使人們掌握了許多以錳合金化不銹鋼的組織和性能變化的重要規律,從而為低鎳不銹鋼及鉻錳氮不銹鋼的研究和生產打下了基礎。

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