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鈦和鈮兩種合金元素對(duì)不銹鋼都有哪些具體的影響
鈦和鈮兩種合金元素對(duì)不銹鋼都有哪些具體的影響
雖然人們?cè)缫咽熘F素體(包括超級(jí)鐵素體)不銹鋼中碳、氮、氧等間隙元素的存在是惡化鋼的韌性、耐蝕性等的關(guān)鍵,但實(shí)踐表明,在目前工業(yè)生產(chǎn)條件下試圖將鋼中間隙元素完全去除是不可能的。研究已證實(shí),即使將鐵素體不銹鋼中C十N量降到≤150ppm的高純化水平,在一些條件下對(duì)晶間腐蝕的敏感性和對(duì)脆性轉(zhuǎn)變溫度的提高也仍能顯現(xiàn)岀來(lái)。為此,向鋼中加入與碳、氮親和力強(qiáng)的鈦、鈮等穩(wěn)定化元素從而防止鉻的碳、氮化物的形成又引起了人們的重視。
由于碳、氮在鐵素體不銹鋼的溶解度很低又難以完全去除,目前鐵素體和超級(jí)鐵素體不銹鋼多采用既加鈦又加餛的所謂雙穩(wěn)定化措施。這與碳的親和力鈮大于鈦,而與氮的親和力鈦大于貿(mào),同時(shí)對(duì)鋼的脆性溫度的不利影響鈮低于鈦,而鈦在鋼中又可形成Ti2S和TiO2,有固定硫和氧的作用而對(duì)鋼的耐點(diǎn)蝕性有益等因素的綜合影響有關(guān)。試驗(yàn)也表明鈦和鈮的加入還有助于鐵素體不銹鋼晶粒的細(xì)化。
圖1-1-28系Ti+Nb/C十N之比(SR)對(duì)超級(jí)鐵素體不銹鋼晶間腐蝕敏感性(IGA)的影響。顯然,SR越高,晶間腐蝕敏感性越低。
圖1-1-29系(Nb+Ti)%和(C+N)%的關(guān)系對(duì)鋼的晶間腐蝕的影響。雖然不同作者所得出的結(jié)果有所不同,但可明顯看出,隨鋼中Nb+Ti量的增加,不產(chǎn)生晶間腐蝕的C+N量也可隨之放寬;從圖中還可看出,當(dāng)鋼中Nb+Ti量為零時(shí),不產(chǎn)生晶間腐蝕的C+N量約為0.01%(100ppm)。
但研究表明,鈦、斑穩(wěn)定化元素的加入將和碳、氮、氧一起提高超級(jí)
鐵素體不銹鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度,同時(shí)敏化熱處理態(tài)將強(qiáng)化這一不利影響,見(jiàn)圖1-1-30。根據(jù)試驗(yàn)研究的結(jié)果,N.J.E.Dowling等針對(duì)C+N<0.015%的超級(jí)鐵素體不銹鋼為獲得既無(wú)晶間腐蝕敏感性又具有低的脆性轉(zhuǎn)變溫度,提出了鋼中(Nb+Ti)和(C+N)的關(guān)系應(yīng)符合[Nb+Ti]=0.0025+6[C+N]方程。
國(guó)內(nèi)曾研究了單獨(dú)加入鈦、鈮對(duì)高純(C+N≤0.0015%)鐵素體不銹鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度和析出物的影響(見(jiàn)表1-1-15)以及鋼的脆性斷裂的機(jī)制。研究表明,由于鋼中碳量很低,0.001%和0.002%,未見(jiàn)鋼中有碳化物存在,而鋼中所析出的Cr2N、Cr2Nb2N2(Z相)、TiN、Fe2Nb(η相)等的微量存在也均可導(dǎo)致鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度的急劇升高,而且這些析岀物以及鋼中的AI2O3非金屬夾雜物等也均可作為脆性(解理)斷裂的裂紋源,用蝕坑技術(shù)確定了此鋼的解理斷裂其解理面為(100)面,解理裂紋沿〈110〉方向擴(kuò)展。
表1-1-15鈦和錠對(duì)高純Crl8Mo2脆性轉(zhuǎn)變溫度和析出物的影響①
鋼中碳、氮、鈦、鈮量 | 脆性轉(zhuǎn)變溫度/°c | 析出物(TEM)分析 | ||||
1200°C*10min,熱處理 | 1200°C*10min,熱處理 | |||||
水冷 | 空冷 | 爐冷 | 水冷 | 空冷 | 爐冷 | |
C0.001%,C+N0.015% | 0 | 12 | 114 | Cr2N | Cr2N | Cr2N |
C0.001%,C+N0.0081%,Nb0.18% | -30 | -18 | 124 | 無(wú) | 無(wú) | Cr2Nb2N2 |
C0.002%,C+N0.015%,Nb0.36% | 0 | 56 | 186 | NbN | NbN+ Cr2Nb2N2 | NbN+ Cr2Nb2N2+Fe2Nb |
C0.002%,C+N0.014%,Ti0.24% | 62 | 83 | 125 | TiN | TiN | TiN |
C0.001%,C+N0.008%,Ti0.40% | 100 | 120 | 125 | TIN | TiN | TiN |
①脆性轉(zhuǎn)變溫度測(cè)定用的沖擊試樣系V型缺口的標(biāo)準(zhǔn)尺寸(5mm*10mm*50mm)樣品。 |
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