2.鐵素體型不銹鋼
鐵素型不銹鋼在碳和氮的含量極少時(shí)，無(wú)論在高溫下還是在室溫下均為鐵素體單相。當(dāng)碳和氮的含量增加時(shí)就會(huì)在高溫下生成r相，可通過(guò)回火處理析出碳化物和氮化物而變?yōu)殍F素體單相。據(jù)有關(guān)資料介紹。在600-900℃回火時(shí)大部分碳和氮將析出。
高鉻鐵素體型不銹鋼在經(jīng)高溫加熱后會(huì)產(chǎn)生各種脆化現(xiàn)象。這些現(xiàn)象與其金屬組織有關(guān)，如σ相脆化、475℃脆性和高溫脆性。
σ相脆化：在Fe-Cr二元系合金中，在鉻含量為46at%-53at%的很窄范圍內(nèi)產(chǎn)生，是非磁性和硬的相。當(dāng)鉻含量大于25%和加熱溫度高于600℃時(shí)即可在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。當(dāng)鋼中含有硅、錳、鎳和鉬等元素時(shí)，其產(chǎn)生范圍加寬。鉻、硅和鋁對(duì)σ相也有一定的影響。隨鉻的增加TTT曲線向短時(shí)間方向擴(kuò)展。硅雖有明顯的析出促進(jìn)作用但鋁卻予以抑制。在冷加工中，可在很短時(shí)間內(nèi)便產(chǎn)生σ相析出。一旦發(fā)生σ相脆化的鋼，可加熱至850-900℃使析出的σ相固溶，然后再進(jìn)行急冷就可消除脆性和恢復(fù)韌性。
475℃脆性：是將鐵素體鋼在400-500℃長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)出現(xiàn)的脆化現(xiàn)象。475℃脆性產(chǎn)生與σ相脆化產(chǎn)生相比較，首先是產(chǎn)生溫度范圍不同，其次是475℃脆性較σ相脆化在更短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。能夠減輕475℃脆性的合金添加元素還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。對(duì)發(fā)生475℃脆性的鋼在600℃進(jìn)行短時(shí)間處理即可消除脆性和恢復(fù)韌性。
高溫脆性：當(dāng)高鉻鐵素體型不銹鋼從900-1000℃的高溫急冷時(shí)，隨著晶粒的粗化和碳化物向晶界凝集發(fā)生明顯脆化。鉻含量越高，脆化的程度越大。破壞現(xiàn)象與475℃脆性相象。由于晶粒粗化，因此在進(jìn)行深沖、彎曲等冷加工時(shí)表面易發(fā)生粗糙等缺陷。又因?yàn)榫Ы缟衔龀鎏蓟镆虼司чg腐蝕敏感性增加。為避免該缺陷的產(chǎn)生同，需從高溫緩冷至800℃左右，或650-800℃短時(shí)間的退火。
3.奧氏體型不銹鋼
從Fe-Cr-Ni三元系平衡相圖的分析中可知，當(dāng)70%Fe等濃度斷面中鎳含量為10%時(shí)，該合金在800-1000℃下為r單相。具代表性的Cr18-Ni8鋼由于存在碳、氮等奧氏體穩(wěn)定化元素，因此室溫下即為r單相。其中氮較碳有約兩倍的固溶度，因而含氮量為0.1%-0.3%的高強(qiáng)度不銹鋼己得到了應(yīng)用。
目前己明確碳、氮、鈷、錳和銅等元素是奧氏體穩(wěn)定化元素，鋁、釩、鉬、硅和鎢等元素是鐵素體穩(wěn)定化元素。
作為固相內(nèi)的平衡相，除α相、r相以外還有金屬間化合物σ相。碳、氮和鎳等奧氏體穩(wěn)定化元素抑制σ相的生成，但錳與鉬、硅、鈦、鈮、鋯、釩和鋁等鐵素體穩(wěn)定化元素促進(jìn)σ相的生成。除此以外在奧氏體型不銹鋼中由于添加不同的元素，還有可能生成拉弗斯（Laves）相或x相等金屬間化合物。其析出的反應(yīng)是隨合金組成、時(shí)效溫度及制造合金時(shí)的加工和熱處理?xiàng)l件來(lái)決定的，是一個(gè)非常復(fù)雜的變化。
在鋼中添加鉻、鎳、錳、碳和氮等元素時(shí)，馬氏體相變初始溫度Ms幾乎與這些合金元素的添加成比例降低，在常溫下也可保持r相。奧氏體不銹鋼就是其具代表性的合金之一。
雖說(shuō)為使奧體型不銹鋼的r相穩(wěn)定添加了大量的錳或鎳，但實(shí)際上r相往往并非穩(wěn)定而是處于亞穩(wěn)定態(tài)。從熱力學(xué)角度來(lái)看可以說(shuō)α相到是穩(wěn)定的。一般稱這些奧氏體相為亞穩(wěn)定奧氏體相。當(dāng)對(duì)亞穩(wěn)定奧氏體相冷卻至極低溫或室溫下進(jìn)行加工時(shí)，其中的部分或全部亞穩(wěn)定奧氏體相將發(fā)生馬氏體相變。
通過(guò)對(duì)奧氏體型不銹鋼進(jìn)行冷卻或加工得到的馬氏體中除有α’相外還有ε相。該相具有hcp結(jié)構(gòu).且有0.7%左右的收縮，是非磁性的，容易發(fā)生加工誘發(fā)相變。ε相是當(dāng)Cr：Ni為5：3且Cr+Ni定為24%時(shí)生成的。由于面心立方結(jié)構(gòu)的（111）面的每?jī)蓚(gè)原子面上發(fā)生堆垛缺陷時(shí)將成為ε馬氏體結(jié)構(gòu)，因此ε相的生成和堆垛缺陷有著密切的關(guān)系。
奧氏體型不銹鋼的馬氏體相變中一個(gè)重要的問(wèn)題是，一旦發(fā)生馬氏體相變后經(jīng)再加熱進(jìn)行恢復(fù)的問(wèn)題。對(duì)于Cr18-Ni8鋼主要發(fā)生擴(kuò)散型的逆相變，而象Cr16-Ni10鋼則發(fā)生剪切的逆相變。后者的鉻含量較前者低，鎳含量較前者高。
從金相組織上來(lái)看，奧氏體型不銹鋼是相對(duì)穩(wěn)定的，其中碳化物的析出與其耐蝕性能、高溫強(qiáng)度以及韌性等主要性能密切相關(guān)。在通常作為固溶熱處理溫度1000℃附近，碳的固溶量可達(dá)到最高，但當(dāng)溫度低于800℃時(shí)固溶量急劇下降而產(chǎn)生碳化物。所以進(jìn)行固溶化處理或焊接后如果冷卻速度過(guò)慢，在晶界上會(huì)產(chǎn)生碳化物，成為晶間腐蝕的原因。鋼中的碳有活性隨鎳含量的增加而增加，隨鉻含量的增加而減少。也就是說(shuō)鎳的增加使碳的固溶量減少，鉻的增加使碳的固溶量增加。另外在晶界還析出鉻碳化物，合金添加元素有時(shí)也生成相應(yīng)的碳化物。
4.雙相不銹鋼
通常進(jìn)行不同的鉻含量和鎳當(dāng)量的組合可以得到鐵素體（α相或δ相）和奧氏體（r相）的雙相組織。如果以鉻含量的多少來(lái)進(jìn)行分類的話，可分類為18%Cr系、22%Cr系、25%Cr系和28%Cr系。同時(shí)為確保r相的量需添加4%-11%的鎳，為提高其耐蝕性需添加不多于4%的鉬。在最終經(jīng)1050-1100℃固溶處理后，在α相基體中分散有不多于50%的r相。在400-1000℃下進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)效時(shí)，生成金屬間化合物、碳化物以及氮化物等各種析出物。
在雙相組織中，鉻、鉬和硅等鐵素體穩(wěn)定元素濃縮在α相中。而鎳、錳、碳和氮等奧氏體穩(wěn)定元素濃縮在r中。在時(shí)效過(guò)程中最有影響的是σ相，可造成σ相脆化。另外時(shí)效還可產(chǎn)生M23C6，也和鐵素體型不銹鋼一樣發(fā)生475℃脆性。
5.沉淀硬化型不銹鋼
沉淀硬化型不銹鋼是除具備不銹鋼特有的耐蝕性外，還可通過(guò)進(jìn)行時(shí)效處理實(shí)現(xiàn)沉淀硬化的高強(qiáng)度不銹鋼，根據(jù)基體的金屬組織情況，即根據(jù)鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量之間的平衡情況，沉淀硬化型不銹鋼可分為馬氏體系沉淀硬化型不銹鋼、半奧氏體系沉淀硬化型不銹鋼、奧氏體—鐵素體系沉淀硬化型不銹鋼、奧氏體系沉淀型不銹鋼和鐵素體系沉淀硬化型不銹鋼。
馬氏體系沉淀硬化型不銹鋼，鉻和鎳的含量少且鉻含量和鎳含量低。由于馬氏體相變結(jié)束溫度高于室溫，因此固溶化處理奧氏體相冷卻過(guò)程發(fā)生馬氏體相變，在室溫下為馬氏體組織。
半奧氏體系沉淀硬化型不銹鋼，比前者鉻含量和鎳含量高，Ms點(diǎn)接近室溫。固溶處理后形成亞穩(wěn)定r相，經(jīng)冷加工或低溫處理，低溫退火處理可以發(fā)生馬氏體相變。單獨(dú)和復(fù)合添加有鋁、鈦和鉬等沉淀硬化元素，經(jīng)在450-550℃
時(shí)效處理產(chǎn)生α’相和η相實(shí)現(xiàn)硬化。
奧氏體系沉淀硬化型不銹鋼，含有較多的奧氏體穩(wěn)定化和鐵素體穩(wěn)定化元素，鎳當(dāng)量高且Ms點(diǎn)在室溫以下。在固溶處理狀態(tài)下為r單相組織。作為沉淀硬化元素添加的有碳、磷、氮、鈦、鋁、鈮和釩等元素，經(jīng)比其他系鋼高的溫度時(shí)效處理后析出碳化物、氮化物、磷化物或η相和r’相等。
鐵素體系沉淀硬化型不銹鋼，只含少量的鎳等奧氏體穩(wěn)定化元素，含較多的鉻、硅和鉬等鐵素體穩(wěn)定化元素，因而在固溶化狀態(tài)下即呈鐵素體組織。對(duì)其通過(guò)添加硅和鎳來(lái)促進(jìn)沉淀硬化。時(shí)效溫度為550-600℃。
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