不銹鋼的耐腐蝕和腐蝕原理解說

1、鎳與不銹鋼基礎(chǔ)知識(shí)-鎳在不銹鋼中的作用        鎳在不銹鋼中的主要作用在于它改變了鋼的晶體結(jié)構(gòu)。在不銹鋼中增加鎳的一個(gè)主要原因就是形成奧氏體晶體結(jié)構(gòu)，從而改善諸如可塑性、可焊接性和韌性等不銹鋼的屬性，所以鎳被稱為奧氏體形成元素。普通碳鋼的晶體結(jié)構(gòu)稱為鐵素體，呈體心立方(BCC)結(jié)構(gòu)，加入鎳，促使晶體結(jié)構(gòu)從體心立方(BCC) 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎?FCC)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)被稱為奧氏體。然而，鎳并不是唯一具有此種性質(zhì)的元素。常見的奧氏體形成元素有：鎳、碳、氮、錳、銅。這些元素在形成奧氏體方面的相對(duì)重要性對(duì)于預(yù)測(cè)不銹鋼

2、的晶體結(jié)構(gòu)具有重要意義。目前，人們已經(jīng)研究出很多公式來表述奧氏體形成元素的相對(duì)重要性，最著名的是下面的公式：    奧氏體形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu%從這個(gè)等式可以看出：碳是一種較強(qiáng)的奧氏體形成元素，其形成奧氏體的能力是鎳的30倍，但是它不能被添加到耐腐蝕的不銹鋼中，因?yàn)樵诤附雍笏鼤?huì)造成敏化腐蝕和隨后的晶間腐蝕問題。氮元素形成奧氏體的能力也是鎳的30倍，但是它是氣體，想要不造成多孔性的問題，只能在不銹鋼中添加數(shù)量有限的氮。添加錳和銅會(huì)造成煉鋼過程中耐火生命減少和焊接的問題。     &#

3、160;   從鎳等式中可以看出，添加錳對(duì)于形成奧氏體并不非常有效，但是添加錳可以使更多的氮溶解到不銹鋼中，而氮正是一種非常強(qiáng)的奧氏體形成元素。在200系列的不銹鋼中，正是用足夠的錳和氮來代替鎳形成100%的奧氏體結(jié)構(gòu)，鎳的含量越低，所需要加入的錳和氮數(shù)量就越高。例如在201型不銹鋼中，只含有4.5%的鎳，同時(shí)含有0.25%的氮。由鎳等式可知這些氮在形成奧氏體的能力上相當(dāng)于7.5%的鎳，所以同樣可以形成100%奧氏體結(jié)構(gòu)。這也是200系列不銹鋼的形成原理。在有些不符合標(biāo)準(zhǔn)的200系列不銹鋼中，由于不能加入足夠數(shù)量的錳和氮，為了形成100%的奧氏體結(jié)構(gòu)，人為的減少了鉻的加入量

4、，這必然導(dǎo)致了不銹鋼抗腐蝕能力的下降。     在不銹鋼中，有兩種相反的力量同時(shí)作用：鐵素體形成元素不斷形成鐵素體，奧氏體形成元素不斷形成奧氏體。最終的晶體結(jié)構(gòu)取決于兩類添加元素的相對(duì)數(shù)量。鉻是一種鐵素體形成元素，所以鉻在不銹鋼晶體結(jié)構(gòu)的形成上和奧氏體形成元素之間是一種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。因?yàn)殍F和鉻都是鐵素體形成元素，所以400系列不銹鋼是完全鐵素體不銹鋼，具有磁性。在把奧氏體形成元素-鎳加入到鐵-鉻不銹鋼的過程中，隨著鎳成分增加，形成的奧氏體也會(huì)逐漸增加，直至所有的鐵素體結(jié)構(gòu)都被轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體結(jié)構(gòu)，這樣就形成了300系列不銹鋼。如果僅添加一半數(shù)量的鎳，就會(huì)形成50

5、%的鐵素體和50%的奧氏體，這種結(jié)構(gòu)被稱為雙相不銹鋼。400系列不銹鋼是一種鐵、碳和鉻的合金。這種不銹鋼具有馬氏體結(jié)構(gòu)和鐵元素，因此具有正常的磁特性。400系列不銹鋼具有很強(qiáng)的抗高溫氧化能力，而且與碳鋼相比，其物理特性和機(jī)械特性都有進(jìn)一步的改善。大多數(shù)400系列不銹鋼都可以進(jìn)行熱處理。    300系列不銹鋼是一種含有鐵、碳、鎳和鉻的合金材料，一種無磁性不銹鋼材料，比400系列不銹鋼具有更好的可鍛特性。由于300系列不銹鋼的奧氏體結(jié)構(gòu)，因此它在許多環(huán)境中具有很強(qiáng)的抗腐蝕性能，具有很好的抗金屬超應(yīng)力引起的腐蝕所造成的斷裂的性能，而且其材料特性不受熱處理的影響。奧氏體

6、不銹鋼中鐵素體含量計(jì)算November 25th, 2009 摘要：介紹了奧氏體不銹鋼(- -1 概述奧氏體不銹鋼具有較好的耐蝕性、耐熱性、耐低溫性及良好的易成形性和優(yōu)異的可焊接性，是不銹鋼系列材料中重要的一類，其產(chǎn)量約占不銹鋼總產(chǎn)量的 70%。不銹鋼閥門主體材料幾乎全部采用奧氏體不銹鋼，而閥門行業(yè)對(duì)奧氏體不銹鋼的認(rèn)識(shí)水平，還僅涉及其化學(xué)成分和力學(xué)性能方面。隨著科技進(jìn)步，在核電站、核反應(yīng)堆工程用核安全級(jí)閥門、國(guó)防軍工用特種閥門以及大型化工裝置中“SHA 級(jí)”管道重要閥門，都相繼對(duì)奧氏體不銹鋼焊接母材和焊縫中的鐵素體含量進(jìn)行了規(guī)定。因此，必須掌握奧氏體不銹鋼中鐵素體含量的測(cè)量和計(jì)算方法。2 奧氏

7、體不銹鋼中鐵素體的作用分析奧氏體不銹鋼中鐵素體的作用是十分重要的技術(shù)基礎(chǔ)，只有通過深入的研究，充分的了解和掌握鐵素體的正面（有利）和負(fù)面（不利）的作用，才能正確的加以利用或控制。奧氏體不銹鋼中鐵素體的作用，對(duì)閥門來講，最重要的方面是對(duì)焊接性能的影響，其次是對(duì)材料耐腐蝕性能、力學(xué)性能和加工性能的影響。2.1 含量不銹鋼閥門的承壓件（閥體、閥蓋和閥瓣）大部分材料采用 ASTM A351 中的 C F類不銹鋼鑄件和 ASTM A182 中的 F304 和 F316 類不銹鋼鍛件，其屬于 18-8 型和 18-12 型（其數(shù)值表示 Cr 和 Ni 的大致含量）奧氏體不銹鋼。不銹鋼按晶體結(jié)構(gòu)分為奧氏體、

8、鐵素體和馬氏體。奧氏體具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，無磁性。鐵素體具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)，有磁性。應(yīng)當(dāng)指出，冶金產(chǎn)品稱謂的奧氏體不銹鋼，并不表明它的組織結(jié)構(gòu)必須是 100% 的奧氏體。在不銹鋼閥門和零件驗(yàn)收時(shí)，?？梢姷接么盆F來吸引被檢測(cè)物體，若出現(xiàn)有弱磁性就以此認(rèn)為產(chǎn)品存在質(zhì)量問題，其實(shí)這是對(duì)奧氏體不銹鋼的一種誤解，這種做法往往容易造成錯(cuò)誤判斷。奧氏體不銹鋼中通常都會(huì)有一定數(shù)量的鐵素體。依據(jù)金屬手冊(cè)中第三卷性能與選擇：不銹鋼，在鑄造不銹鋼的性能中指出：對(duì)于 CF 類鑄造不銹鋼，通常具有 5% 25% 的鐵素體。為此，美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）將閥門用奧氏體不銹鋼鑄件標(biāo)準(zhǔn)的名稱定義為 ASTM A35

9、1承壓件用奧氏體 奧氏體-鐵素體（雙相）鑄鋼。2.2 焊接性能奧氏體不銹鋼在焊接中的主要問題是焊縫和熱影響區(qū)的熱裂紋以及耐蝕性，這類問題也是奧氏體鋼工藝焊接性和使用焊接性的指標(biāo)。2.2.1 防止焊縫的熱裂紋奧氏體不銹鋼焊縫中鐵素體起著極其重要的作用。奧氏體不銹鋼焊縫中常常需要形成一定數(shù)量 相鐵素體（4% 12%），以防止焊縫產(chǎn)生凝固裂紋（熱裂紋）。 鐵素體是奧氏體不銹鋼（含焊縫金屬）在一次結(jié)晶過程（凝固過程）中生成并保留至常溫的鐵素體。由于鐵素體含碳量很低，性能與純鐵相似，有良好的塑性和韌性，低的強(qiáng)度和硬度。鐵素體的有利作用是對(duì) S、P、Si 和 Nb 等元素溶解度較大，能防止這些元素的偏析和

10、形成低熔點(diǎn)共晶，從而阻止凝固裂紋產(chǎn)生。焊接過程實(shí)際上是一個(gè)在焊接結(jié)構(gòu)上，母材金屬與焊材局部進(jìn)行的冶金和熱處理過程。焊縫中的鐵素體可以有效的阻止低溶點(diǎn)共晶生成和減少偏析程度以及二次晶界的錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)，因而可防止熱影響區(qū)裂紋和高溫低塑性裂紋?？傊附又械?鐵素體對(duì)防止和降低奧氏體焊縫金屬的熱裂紋和微裂紋作用是肯定的，它顯著的改進(jìn)了焊接性，提高了焊接結(jié)構(gòu)的安全程度。 鐵素體在焊縫中具有一定的負(fù)作用。對(duì)于焊后需要 600 以上熱處理的焊件或長(zhǎng)期在 600 850 溫度下工作的焊件，由于在上述高溫下 相鐵素體會(huì)析出 相鐵素體， 相具有四方結(jié)晶構(gòu)造，且富含 Cr 造成周圍 Cr 的貧化，引起焊縫金屬的脆化。

11、此時(shí)應(yīng)將焊縫鐵素體的含量控制在 3% 8%，或者采用重新固溶處理，將 相鐵素體溶解回基體中。2.2.2 改善焊接接頭的耐蝕性焊接接頭是指整個(gè)焊接區(qū)，包括焊縫和熔合區(qū)以及熱影響區(qū)。奧氏體鋼的焊接結(jié)構(gòu)常常因?yàn)楦g而損壞甚至報(bào)廢，最常見的腐蝕類型是晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕。由于鐵素體是以分散并均布成小坑狀存在于奧氏體晶粒之間，削弱奧氏體柱狀晶和樹枝晶的方向性，隔斷奧氏體晶界連續(xù)網(wǎng)狀碳化鉻析出，從而防止晶間腐蝕，因此鐵素體對(duì)提高耐晶間腐蝕的作用有好處。通過試驗(yàn)證明，由于鐵素體對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂不敏感，因此含有鐵素體的奧氏體鋼焊縫的耐應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于同成分但含有很少鐵素體的奧氏體鋼焊縫。2.3 耐腐蝕性能焊接材料

12、（母材和焊材）中的 相鐵素體能顯著改善焊縫及熱影響區(qū)抗晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕的機(jī)理。依據(jù)同樣的機(jī)理可以得出，對(duì)于奧氏體不銹鋼鑄件和鍛件母材中少量的鐵素體（5% 12%），總體上講有利于改善材料的抗晶間腐蝕和耐應(yīng)力腐蝕性能。另一方，對(duì)于某些特殊的腐蝕環(huán)境，例如在尿素和醋酸等介質(zhì)中鐵素體會(huì)發(fā)生選擇性腐蝕，應(yīng)對(duì)鐵素體含量進(jìn)行限制。2.4 力學(xué)性能和加工性能奧氏體不銹鋼中的鐵素體對(duì)材料的力學(xué)性能有顯著影響。鐵素體含量增加時(shí)強(qiáng)度增加，同時(shí)，延展性和沖擊強(qiáng)度減低（表 1）。利用此特性，可采用調(diào)控鐵素體的含量來達(dá)到所需要的材料力學(xué)性能和加工性能。鐵素體含量過高會(huì)損害奧氏體不銹鋼的可鍛性，特別是用于大鍛造比的鍛件

13、，鑄坯限制鐵素體的含量是合理而必要的（通常限制在 3% 8%）。同樣道理用于冷變形的奧氏體鋼，如冷伸壓、深沖壓，冷拔和冷擠壓的奧氏體鋼，鐵素體含量應(yīng)進(jìn)一步限制（通常限制在 5% 以下）。不銹鋼閥門的主體（閥體和閥蓋）材料，國(guó)內(nèi)企業(yè)一般采用 CF 類奧氏體不銹鋼鑄件。鑄件中的鐵素體含量，除了有利于鑄件作為焊接母材，防止焊縫熱裂紋和微裂紋外，鐵素體還有利于防止鑄造凝固成形過程中裂紋和偏析產(chǎn)生，以及增加鑄件材料力學(xué)性能。不銹鋼閥門網(wǎng)-3 鐵素體形成機(jī)理所有不同種類的不銹鋼都是鉻含量在 12% 以上的鐵基合金。鐵基合金在高溫下（大于 800）基本晶體結(jié)構(gòu)為面心立方體-奧氏體。當(dāng)溫度下降到常溫時(shí)，晶體結(jié)

14、構(gòu)變成體心立方體-鐵素體（或馬氏體）。如果在鐵鉻合金中加入 7% 以上 Ni 或增加 C、N 或 Mn 等一種或多種奧氏體形成元素，高溫下的奧氏體晶體在常溫下將處于穩(wěn)定狀態(tài)，即常溫下的奧氏體。如果加入的奧氏體形成元素的總量（鎳當(dāng)量）不夠多，則常溫下只能有一部分是奧氏體，另一部分則是鐵素體。由此得出，不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)是由合金元素含量決定的。對(duì)于奧氏體不銹鋼，合金元素的作用可分成兩大類，即鐵素體形成元素（稱為鉻當(dāng)量元素）和奧氏體形成元素（稱為鎳當(dāng)量元素）。兩大類元素之間的平衡關(guān)系決定了奧氏體中鐵素體含量的多少。奧氏體形成元素主要有 Ni、Mn、C 和 N，鐵素體形成元素主要有 Cr、Mo、Si、N

15、b 和 Ti。Cr 是典型的鐵素體形成元素，也是不銹鋼中必不可少的元素，所有不銹鋼都是鉻含量在 12% 以上的鐵基合金。Cr 的主要作用是耐腐蝕，提高抗高溫氧化性能。Ni 是典型的形成并穩(wěn)定奧氏體元素。圖 1 可以看出鎳的作用，在圖中斜線以上，所示溫度下奧氏體是穩(wěn)定的。在這條線以下鐵素體和馬氏體都具有穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。Ni 的作用是增強(qiáng)抗酸的腐蝕能力，提高抗非氧化性介質(zhì)的耐蝕性，同時(shí)提高材料韌性、延展性和優(yōu)良的綜合性能，使它更易于加工和焊接。Mo 是促進(jìn)鐵素體形成元素，它的鉻當(dāng)量為 1。Mo 可提高鈍化膜的強(qiáng)度，顯著增強(qiáng)耐局部腐蝕性。特別是抗氯離子點(diǎn)蝕，同時(shí)能提高還原性介質(zhì)中，如硫酸、磷酸及有機(jī)

16、酸中的耐蝕性。Mo 還可提高奧氏體鋼的高溫強(qiáng)度。由于 Mo 是鐵素體形成元素，為了平衡組織，加Mo的不銹鋼中應(yīng)當(dāng)相應(yīng)增加 Ni 等奧氏體形成元素含量。例如 CF3M，加入 2.0% 3.0% Mo 后，Ni 含量也增加到 9.0% 13.0%。Si 是強(qiáng)鐵素體形成元素，其鉻當(dāng)量為 1.5。Si 可提高鋼的高溫性能和在強(qiáng)氧化性介質(zhì)（如發(fā)煙硝酸）中的耐腐蝕。同時(shí)還可改善鑄造特性。Nb 是鐵素體形成元素，其鉻當(dāng)量為0.5。Nb 和 Ti 在不銹鋼中起穩(wěn)定碳的作用，能優(yōu)先與碳結(jié)合形成穩(wěn)定的碳化物，并均勻的分布在基體中，阻止 Cr 的碳化物生成，防止晶間腐蝕。Nb 的抗晶間腐蝕穩(wěn)定性比 Ti 更高，Nb

17、 還可增強(qiáng)奧氏體鋼的高溫強(qiáng)度。Ti 也是鐵素體形成元素。在計(jì)算時(shí)可采用與Nb相同的鉻當(dāng)量。C 是強(qiáng)烈的擴(kuò)大奧氏體區(qū)域元素，其鎳當(dāng)量為 30。碳對(duì)增加奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度作用非常明顯，但由于碳與鉻非常容易化合生成碳化鉻，造成奧氏體晶界貧鉻，顯著降低抗晶間腐蝕性能。因此，降低含碳量是防止晶間腐蝕最有效的措施，奧氏體鋼含碳量應(yīng)控制在 0.08% 以下（低碳級(jí)）和 0.03%（超低碳級(jí)）。N 是劇烈的奧氏體形成和穩(wěn)定元素，其鎳當(dāng)量為 30?？娠@著提高鋼的強(qiáng)度，增強(qiáng)抗局部腐蝕（點(diǎn)蝕及縫隙腐蝕）能力，并能減少 相析出，防止高溫脆性，使奧氏體具有良好的抗敏化能力。利用 N 的這一特征，近 20 年來，美國(guó)、法

18、國(guó)以及中國(guó)相繼研制開發(fā)出了含氮或控氮不銹鋼，代表性的含氮鋼種是 AISI 304N 和 AISI 304LN（含氮 0.10% 0.16%）。控氮鋼種又稱為核級(jí)鋼，如 304NG、X2CND18-12（法國(guó) RCC-M 標(biāo)準(zhǔn)）和 316NG（含氮 0.06% 0.10%）。此類新鋼種明顯的提高了強(qiáng)度，改善了鋼的抗晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕性能，成功的解決了沸水（BWR）核反應(yīng)堆運(yùn)行中出現(xiàn)的 IGSCC（晶間應(yīng)力腐蝕）破裂事故。此類核級(jí)控氮鋼已成功應(yīng)用到壓水（PWR）核反應(yīng)堆中。Mn 是擴(kuò)大及穩(wěn)定奧氏體元素，其鎳當(dāng)量為 0.5。通常 N 和 Mn 聯(lián)合使用成為代替和節(jié)約 Ni 的主要材料。Mn 可提高強(qiáng)

19、度，增加 N 在鋼中的溶解度，但是 Mn 可促進(jìn) 相析出，造成鋼有脆性，同時(shí)不利于鋼的低溫韌性和可焊性。常用合金元素對(duì)不銹鋼的作用見表 2。4 鐵素體含量測(cè)量方法奧氏體不銹鋼中 相鐵素體含量的測(cè)量共有 3 種方法，磁性儀測(cè)量法、金相檢驗(yàn)法和計(jì)算法。4.1 磁性儀測(cè)量法利用鐵素體的磁性特性，奧氏體鋼中 相鐵素體含量與鋼的鐵磁性成正比，采用專用的磁性測(cè)量?jī)x可直接測(cè)量讀出鐵素體含量。 相鐵素體是奧氏體狀態(tài)不銹鋼在凝固過程中生成并保留到常溫的鐵素體，對(duì)鑄件和焊縫可直接測(cè)量。而對(duì)于鍛軋等變形狀態(tài)奧氏體不銹鋼，例如其鍛件、棒材、板材、焊條或焊絲等材料，由于 相鐵素體已嚴(yán)重錯(cuò)位，鐵磁特性已改變，故應(yīng)按照相關(guān)

20、規(guī)范（如 ASME 第 卷核動(dòng)力設(shè)備）進(jìn)行制作試樣。本身自溶焊接，通常采用鎢極無焊絲氬氣保護(hù)進(jìn)行自溶焊接，才能對(duì)自然狀態(tài)的凝固表面進(jìn)行測(cè)量，并且至少應(yīng)讀取 6 個(gè)不同位置的讀數(shù)，取其平均值。應(yīng)注意的是國(guó)外磁性儀通常是按美國(guó) WRC（焊接研究學(xué)會(huì)）采用的“鐵素體含量級(jí)別序數(shù)”（FN）校正，得出的鐵素體值單位為 FN，與鐵素體含量百分比數(shù)基本等同。4.2 金相檢驗(yàn)法利用 相鐵素體在奧氏體鋼中是以不連續(xù)小坑型均勻分布的特點(diǎn)，在金相顯微鏡下觀測(cè) 相鐵素體“小坑”在奧氏體中分布情況和所占面積比例，并與相關(guān)國(guó)家或?qū)I(yè)標(biāo)準(zhǔn)（我國(guó)已發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）中的標(biāo)準(zhǔn)金相圖比較，并可檢驗(yàn)出 相鐵素體含量。采用金相法應(yīng)注意的

21、事項(xiàng)與磁性儀測(cè)量法相同，即對(duì)奧氏體鍛件板材，焊條等應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行本身自溶焊接后制成凝固態(tài)試塊才能觀測(cè)。4.3 計(jì)算法鐵素體含量計(jì)算法的程序是根據(jù)材料化學(xué)分析單提供的化學(xué)成分，按照規(guī)定的 Cr 和 Ni 當(dāng)量計(jì)算公式，分別計(jì)算出合金元素的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量值。然后將計(jì)算的鉻和鎳當(dāng)量值，在不銹鋼組織圖中找到坐標(biāo)值，兩坐標(biāo)的相交點(diǎn)，便是鐵素體含量值。采用計(jì)算法比用磁性儀測(cè)量法和金相檢驗(yàn)法方便得多，而且不受儀器設(shè)備限制，一般具備化學(xué)分析能力或掌握材料的化學(xué)成分報(bào)告單，便可用這一方法，快速的評(píng)定出鐵素體的含量。依據(jù)何種組織圖評(píng)定和相應(yīng)的鉻和鎳當(dāng)量的計(jì)算公式，是采用計(jì)算法應(yīng)掌握的關(guān)鍵。4.3.1 謝夫爾圖謝夫爾

22、（Schaefier）圖適用于所有奧氏體、鐵素體或馬氏體以及雙相和沉淀硬化類不銹鋼的鑄件、鍛件或變形件，也適用于常規(guī)的不銹鋼焊后自然狀態(tài)的焊縫組織評(píng)定。謝夫爾圖是最早也是應(yīng)用最廣的不銹鋼組織圖（圖2），謝夫爾圖的鉻和鎳當(dāng)量計(jì)算公式為：鉻當(dāng)量 = %Cr + %Mo + (1.5×%Si) + (0.5×%Nb)鎳當(dāng)量 = %Ni + (30×%C) + (0.5×%Mn)從計(jì)算公式中可以看出，謝夫爾圖沒有考慮奧氏體形成元素 N 的作用，因此估算鐵素體含量的精確度為 ±4%，但它廣泛作為閥門主體材料（鑄鍛件）鐵素體含量的評(píng)定圖。例如 RCC-M-

23、壓力堆核島機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)和建造規(guī)則中規(guī)定奧氏體-鐵素體不銹鋼制造的 1、2 和 3 級(jí)核安全設(shè)備中的承壓鑄件，鐵素體含量按 RCC-M MC1000 規(guī)定中的謝夫爾曲線圖評(píng)定，不考慮 N 含量。不銹鋼閥門網(wǎng)。4.3.2 德龍圖德龍（Delong）圖是在謝夫爾圖的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，此圖加入了奧氏體形成元素 N 的作用，更適合于含氮和控氮不銹鋼以及氣體保護(hù)焊的焊接組織評(píng)定。德龍圖的鉻和鎳當(dāng)量計(jì)算公式為：鉻當(dāng)量 = %Cr + %Mo + (1.5×%Si) + (0.5×%Nb)鎳當(dāng)量 = %Ni + (30×%C) + (30×%N) + (0.5×%

24、Mn)德龍圖進(jìn)一步改進(jìn)了曲線精確度，考慮了 N 的作用，估算鐵素體含量的精確度為 ±2%，圖 3 是所規(guī)定采用的德龍圖，主要用于焊接材料的 鐵素體含量計(jì)算。ASME 提供的德龍圖不僅給出了 鐵素體含量的百分比，同時(shí)還給出了“鐵素體含量級(jí)別序數(shù)”（FN），簡(jiǎn)稱為“鐵素體序數(shù)”（FN），它是美國(guó)焊接研究學(xué)會(huì)（WRC）采用的技術(shù)術(shù)語，用來表示奧氏體不銹鋼焊縫中鐵素體含量獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)值。用以代替鐵素體百分比含量值，“鐵素體序數(shù)”（FN）可以認(rèn)為與“鐵素體百分比含量”相同。在運(yùn)用德龍圖時(shí)，應(yīng)注意鎳當(dāng)量中 N 元素的影響。在 ASME 中關(guān)于 N 含量有明確的規(guī)定，最好采用實(shí)測(cè)的含氮量。如果

25、沒有實(shí)測(cè)值時(shí)，可采用下列推薦的含氮量。 熔化氣體保護(hù)焊（GMAW）的焊縫為 0.08%，自保護(hù)管狀焊條熔化極氣體保護(hù)焊為 0.12%。 其他方法的焊縫為 0.01%。大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，當(dāng)用上述 ASME 推薦的含 N 量代入德龍圖的鎳當(dāng)量計(jì)算式，得出的 鐵素體計(jì)算值與實(shí)測(cè)值十分接近，因此在應(yīng)用德龍圖時(shí)，必須遵循 ASME 上述的規(guī)定。法國(guó) RCC-M 也提供了與 ASME 十分近似的德龍圖，只給出了 鐵素體含量百分比，沒有引入鐵素體序數(shù)（FN）概念，僅在指明按 RCC-M 規(guī)范制造設(shè)備時(shí)采用。另外不銹鋼的組織圖還有 WRC（1992）圖，此圖是美國(guó)焊接研究學(xué)會(huì)（WRC）制訂的，以鐵素體序數(shù)（

26、FN）表示鐵素體含量。該圖已把鐵素體序數(shù)（FN）擴(kuò)大到 100FN，主要適用于雙相不銹鋼（鐵素體與奧氏體各占 50% 左右）。5 鐵素體含量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)目前我國(guó)奧氏體不銹鋼及其焊接材料和焊縫金屬中鐵素體的合適含量還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)奧氏體不銹鋼中鐵素體含量進(jìn)行規(guī)定的主要是核電站、核反應(yīng)堆、國(guó)防軍工專用設(shè)備及重要化工裝置用奧氏體鋼鑄件、焊接母材和焊材。根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、控制范圍和經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，綜合介紹如下（ 代表鐵素體含量）。要求無磁性材料，如雷達(dá)和掃雷器上的無磁性鑄件， 0.1%。 特別腐蝕要求，防止選擇性腐蝕，如尿素級(jí)焊接母材及焊材， 0.5%。 使用于 -150 以下低溫環(huán)境焊縫金屬， 1.0%；使

27、用于 -150 150，非穩(wěn)定化焊縫金屬， = 4% 12%，穩(wěn)定化焊縫金屬， = 6% 15%。 鍛材、管件、棒材和板材的鑄坯， = 3% 8%。 冷沖壓和冷拔材料的鑄坯， 5%。 適用于 540 900， 相形成溫度的母材及焊材， = 3% 8%。 核反應(yīng)堆核安全級(jí)設(shè)備焊接材料。 中國(guó)鈉冷卻增值反應(yīng)堆， = 3% 12%。 美國(guó) ASME， 5 FN（FN-鐵素體序數(shù)）。 核電站（沸水堆、壓水堆）和核安全級(jí)設(shè)備。 中國(guó)壓水堆焊接材料， = 5% 12%，承壓鑄件， = 10% 18%。 美國(guó) ASME，焊接材料， 5 FN。 法國(guó) RCC-M，壓水堆和承壓鑄件， = 12% 25%（理想含

28、量為 15% 20%）。 本文中的焊接材料和焊縫金屬，不包括閥門密封面堆焊材料及密封面金屬。6 結(jié)語奧氏體不銹鋼中通常都含有一定數(shù)量的鐵素體（5% 15%）。鐵素體的作用具有雙重性，奧氏體不銹鋼母材和焊材中一定數(shù)量的鐵素體（5% 15%）對(duì)防止焊接熱裂紋，提高焊縫抗晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕能力都有十分重要的作用，同時(shí)鑄件中一定數(shù)量的鐵素體含量（5% 20%）對(duì)防止鑄造熱裂紋，提高鑄件力學(xué)性能也都是有利的。在一些特定的環(huán)境，如高溫、超低溫以及選擇腐蝕環(huán)境，應(yīng)控制其不利作用。為此，研究奧氏體不銹鋼中鐵素體的作用，掌握鐵素體的調(diào)控原理、測(cè)量和計(jì)算方法，對(duì)研制和開發(fā)高參數(shù)不銹鋼閥門，特別是設(shè)計(jì)制造核安全級(jí)不

29、銹鋼閥門，具有十分重要的意義。付工總結(jié)的知識(shí)： 1Cr18Ni9不銹鋼中鐵素體是由于成分不均勻引起的，是在鑄態(tài)時(shí)就有的，熱處理時(shí)基本消除不掉，只能消除一部分（由于在固溶溫度時(shí)，成分趨于均勻化，碳化物、雜質(zhì)等固溶進(jìn)入奧氏體）；425-870°時(shí)先產(chǎn)生Cr23C6，然后產(chǎn)生Fe-Cr金屬間化合物（即相，性能很差）；金相中鐵素體是直方的，鐵素體是月牙型圓的。一般Cr18Ni9不銹鋼中都含有10%以下的鐵素體1. 不銹鋼的腐蝕與耐腐蝕的基本原理           金屬受環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)及電化學(xué)

30、作用而被破壞的現(xiàn)象即腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕的環(huán)境介質(zhì)是非電解質(zhì)（汽油、苯、潤(rùn)滑油等），電化學(xué)腐蝕的環(huán)境介質(zhì)是電解質(zhì)（各種水溶液）。電化學(xué)腐蝕是涉及電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)過程，該過程能否進(jìn)行取決于金屬能否離子化，而離子化的趨勢(shì)可用金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位（0）來表示。由于碳化物、夾雜物，以及組織、化學(xué)成分和內(nèi)部應(yīng)力的不均勻等的作用，將促使各部分在電解液中產(chǎn)生相互間的電極電位差。電極電位差愈大，微陽(yáng)極和微陰極間的電流強(qiáng)度愈大，鋼的腐蝕速度也愈大，微陽(yáng)極部分產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。在電化學(xué)腐蝕中能夠控制腐蝕反應(yīng)速度的現(xiàn)象稱為極化，極化可使陽(yáng)極與陰極參與反應(yīng)的速度得到減弱和減緩。電解液中離子的緩慢移動(dòng)、原子緩慢結(jié)合成氣體分子或電解

31、液中離子的緩慢溶解，都可能是極化的表現(xiàn)形式。反應(yīng)面積、攪拌或電解液流動(dòng)、氧氣、溫度等因素，都將影響極化的速度。用極化技術(shù)與臨界電位可衡量金屬與合金在氯化物溶液中點(diǎn)腐蝕與縫隙腐蝕的敏感性。當(dāng)不銹鋼與異種金屬接觸時(shí)，需考慮電化學(xué)腐蝕。但若不銹鋼是正極，則不會(huì)產(chǎn)生電流腐蝕。鈍化狀態(tài)金屬的耐腐蝕性取決于鉻含量、環(huán)境中的氯化物和氧含量以及溫度。某些元素（如氯）可以擊穿鈍化膜，造成鈍化膜不連續(xù)處的金屬被腐蝕，故使用鈍化狀態(tài)金屬的用戶應(yīng)特別注意點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、敏化以及貧氧腐蝕等。為了提高不銹鋼的耐腐蝕性能，其應(yīng)處于鈍化狀態(tài)（必要條件），鈍化后腐蝕電流密度要低（腐蝕速度），鈍化狀態(tài)的電位范圍要寬（相對(duì)穩(wěn)

32、定性）。對(duì)于含鎳材料來說，腐蝕有兩種主要形式：一種是均勻腐蝕，另一種是局部腐蝕。在海洋大氣中的鐵銹就是一種一般或均勻腐蝕的典型例子。此處金屬在其整個(gè)表面上均勻地被腐蝕。在這種情況下，鋼表面形成疏松層，這層腐蝕產(chǎn)物很容易去除。另一方面，像合金400這種耐腐蝕性較好的金屬，它們?cè)诤Ｑ蟠髿庵斜憩F(xiàn)出良好的均勻抗腐蝕性。這是由于合金400可形成一種非常薄而堅(jiān)韌的保護(hù)膜。均勻腐蝕是一種最容易處理的腐蝕形式，因?yàn)楣こ處熆梢远康卮_定金屬的腐蝕率并可精確地預(yù)測(cè)金屬的使用壽命。不銹鋼耐腐蝕性機(jī)理：在不銹鋼表面形成明顯的Cr2O3薄膜，O和Cr的含量有最低要求（10.5%）以獲得連續(xù)的保護(hù)性薄膜，以抑制侵蝕的發(fā)生

33、。若保護(hù)性薄膜被損壞，它可以自然恢復(fù)。氧化膜的抗腐蝕性能取決于Mo、Ni、Cr、及N的含量。提高Cr含量可以提高不銹鋼的抗侵蝕性和當(dāng)Cr2O3薄膜被損壞時(shí)增強(qiáng)了其自修復(fù)能力。Cr2O3薄膜對(duì)基體結(jié)構(gòu)（鐵素體或奧氏體）沒有任何影響。蝕斑：在較高溫度范圍內(nèi)處于氯化物、氟化物或氧化性溶液中，最初產(chǎn)生在夾雜物、表面損傷等保護(hù)膜不連續(xù)表面，而后將產(chǎn)生穿孔或形成新的保護(hù)膜（除去腐蝕物質(zhì)和沖洗過的部分）。主要產(chǎn)生于海邊環(huán)境、鹽水、海水或高氧化性溶液環(huán)境。為此，需除去或減少氯、氟含量，加強(qiáng)沖洗維護(hù)，提高鉻、鉬含量?？p隙腐蝕：在氯化物、氟化物或硫環(huán)境中，最初存在縫隙且氧極少，導(dǎo)致產(chǎn)生腐蝕直至縫隙擴(kuò)展、裂開。主要

34、產(chǎn)生于接縫、焊縫或附著物之下。為此，需消除縫隙和避免搭接，采用腐蝕抑制劑，不透水密封，提高鉻、鉬含量。        由局部腐蝕而引起的破壞是很難預(yù)測(cè)的。因而，設(shè)備的壽命也不能精確地預(yù)計(jì)。這里給出幾種局部腐蝕的例子。第一例是電化學(xué)腐蝕。當(dāng)兩種或多種不同的金屬在某種導(dǎo)電液（電解液）存在條件下接觸和連接時(shí)，電化學(xué)腐蝕就發(fā)生了。此時(shí)，兩種金屬間建立了勢(shì)能差，同時(shí)電流將流動(dòng)。電流會(huì)從抗腐蝕能力較差的金屬（即陽(yáng)極）流向抗腐蝕能力較強(qiáng)的金屬（即陰極）。腐蝕由陰極上的反應(yīng)情況而控制，如氫氣的生成或氧氣的還原。 如果某一大的陰極面

35、與某一小的陽(yáng)極面相連接時(shí)，陽(yáng)極和陰極之間即會(huì)產(chǎn)生大的電流流動(dòng)。這種情況必須避免。另一方面，當(dāng)我們將此情況顛倒一下，即讓某一大的陽(yáng)極面與小的陰極面相連接時(shí)，兩種金屬之間則會(huì)產(chǎn)生小的電流流動(dòng)。這種情況是我們所期望的。 在實(shí)用指南中，我們將位于某一容器或槽中的焊接金屬接點(diǎn)設(shè)計(jì)為陰極。緊固件裝置是這樣設(shè)計(jì)的，即將陰極緊固件（小面積）與陽(yáng)極件（大面積）連接在一起。此概念的例子是將鋼板用銅鉚釘鉚接在一起并暴露在流動(dòng)速度低的海水中，銅質(zhì)固定件為小的陰極面，而鋼板為大的陽(yáng)極面。這種設(shè)計(jì)是非常便利的，而且可產(chǎn)生良好的相容性。 另一方面，如果相反進(jìn)行連接，即用鋼鉚釘來固定銅板，則在鋼鉚釘上會(huì)產(chǎn)生非?？斓母g。此時(shí)

36、，銅板則由于鋼的腐蝕而被陰極保護(hù)。有趣的是在這種情況下，銅離子的釋放被停止，銅板將被海水中的有機(jī)物纏結(jié)。通常，銅的腐蝕可阻止纏結(jié)有機(jī)物的附著。在電廠設(shè)計(jì)中，電化學(xué)腐蝕是非常重要的，而且不應(yīng)被忽視。          第二個(gè)局部腐蝕的例子是浸蝕腐蝕。一塊石頭有可能堵塞在某一銅合金冷凝器的管子中。此時(shí)，石頭的下游方向?qū)⒘⒓串a(chǎn)生紊流現(xiàn)象。這就會(huì)引起對(duì)銅保護(hù)氧化膜的浸蝕或磨損，并使未保護(hù)的銅合金金屬暴露，以致產(chǎn)生進(jìn)一步的腐蝕。這種循環(huán)趨于繼續(xù)加劇浸蝕和腐蝕，直至造成管子穿孔為止。浸蝕腐蝕可通過采用良好的隔離技術(shù)來防止。 &

37、#160;        電廠技術(shù)人員常碰到的第三種局部腐蝕形式是縫隙腐蝕。縫隙腐蝕：是指在金屬構(gòu)件縫隙處發(fā)生斑點(diǎn)狀或潰瘍形的宏觀蝕坑，當(dāng)金屬表面出現(xiàn)某種沉淀或附著物時(shí)產(chǎn)生，是局部腐蝕的一種形式，它可能發(fā)全于溶液停滯的縫隙之中或屏蔽的表面內(nèi)。間隙類型（金屬-金屬、金屬-異種金屬）、間隙深度、內(nèi)外面積比等幾何尺寸因素，氧含量、氧離子濃度、PH值、溫度、擴(kuò)散與對(duì)流、微生物等環(huán)境因素，金屬溶解、氧消耗、氫產(chǎn)生等電化學(xué)反應(yīng)，金屬組織不純、表面氧化、鈍化膜的特性等冶金因素，都將影響間隙腐蝕的發(fā)生與擴(kuò)散。正好在沉淀物下面或縫隙內(nèi)，溶液中

38、的氧含量是低的，在縫隙的外面大量溶液中的氧含量很高，這就建立了一個(gè)電池，其沉淀物下或縫隙中是陽(yáng)極而其外面是陰極。含氯化物介質(zhì)的縫隙的內(nèi)部，PH值下降而氯化物濃集。這種酸性氯化物條件導(dǎo)致腐蝕加快并且是自動(dòng)起媒介作用的。接著便發(fā)生了嚴(yán)重的局部腐蝕。這樣的縫隙可以在金屬與金屬或金屬與非金屬的接合處形成，例如，在與鉚釘、螺栓、墊片、閥座、松動(dòng)的表面沉積物以及海生物相接燭之處形成?？p隙腐蝕可以在螺栓頭或墊圈作為陽(yáng)極區(qū)時(shí)發(fā)生。防止沉淀物和結(jié)垢生成或使用高合金含量的材料將有助于減少縫隙腐蝕。     點(diǎn)腐蝕（第四種局部腐蝕形式）是指在金屬材料表面大部分不腐蝕或腐蝕輕微而分散發(fā)生

39、高度的局部腐蝕，常見蝕點(diǎn)的尺寸小于1.00mm，深度往往大于表面孔徑，輕者有較淺的蝕坑，嚴(yán)重的甚至形成穿孔。點(diǎn)蝕與縫隙腐蝕相似，尤其是在擴(kuò)展階段。與縫隙腐蝕不同的是，點(diǎn)蝕在金屬表面沒有縫隙出現(xiàn)的情況下也可產(chǎn)生。與縫隙腐蝕相同的是，點(diǎn)蝕也是由于特殊的腐蝕劑如氯化物而造成的。它通常是由于金屬表面上的某個(gè)缺陷而引起的。例如，在不銹鋼或鎳合金保護(hù)性氧化層中的某個(gè)缺陷。與焊接有關(guān)的缺陷，如雜質(zhì)（MnS，可通過降低Mn、S含量，加入Ti、Zr等方法消除）、第二相（-鐵素體、相）、電弧沖擊處、飛濺物點(diǎn)蝕可通過采用抗腐蝕能力高的合金或消除引起點(diǎn)蝕的化學(xué)元素的方法來防止。    &

40、#160;     一旦兩種形式的腐蝕開始，則點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的擴(kuò)展情況是相同的。金屬離子，如不銹鋼的鐵離子，反應(yīng)并形成亞鐵離子。亞鐵離子進(jìn)一步氧化成三價(jià)鐵離子。氯化物試圖轉(zhuǎn)移到坑或縫隙區(qū)內(nèi)并且PH值降低至大約1或更低。在該區(qū)中氧含量很低。在坑或縫隙的外面大量溶液中，氧含量很高。 隨著坑的底部趨于陽(yáng)極化，坑或縫隙的周圍區(qū)趨于陰極化，于是電池電流的關(guān)系即被形成。當(dāng)坑或縫隙中的腐蝕進(jìn)一步擴(kuò)展時(shí)，則變?yōu)樽源呋磻?yīng)。三價(jià)鐵離子與氯離子作用形成氯化鐵。該反應(yīng)不斷重復(fù)并快速產(chǎn)生金屬穿孔現(xiàn)象。點(diǎn)腐蝕發(fā)生的氯離子濃度較高，而間隙腐蝕在較低的氯離子濃度下也會(huì)發(fā)生。點(diǎn)蝕或縫隙

41、腐蝕是一種非常危險(xiǎn)的腐蝕形式，因?yàn)樗叨染植炕⒛芸焖僭斐山饘俚拇┩钙茐摹?         第五種局部腐蝕形式即應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）指承受應(yīng)力的合金在腐蝕性環(huán)境中由于烈紋的擴(kuò)展而互生失效的一種通用術(shù)語，其常見鋼種包括不含Ti、Nb的18-8型和17-12-Mo型鋼、超低碳不銹鋼。在此情況下，金屬表面上形成疏松、片狀的腐蝕層。即使低速流動(dòng)也會(huì)將腐蝕物的疏松層很容易地除去。于是，新的未腐蝕的金屬又被暴露出來，從而將形成許多另外的片狀層。再一次重復(fù)，這些片狀層被很容易地除去并且過程在繼續(xù)進(jìn)行著。使用不易起化學(xué)反應(yīng)的合

42、金可以避免剝落腐蝕。應(yīng)力腐蝕分為穿晶應(yīng)力腐蝕和晶間應(yīng)力腐蝕。穿晶應(yīng)力腐蝕主要發(fā)生在含氯離子介質(zhì)中，很少發(fā)生在氫氧化物介質(zhì)中；晶間應(yīng)力腐蝕發(fā)生在一般的水溶液介質(zhì)中。應(yīng)力腐蝕的影響因素主要是氯離子水溶液和堿性溶液（120以上會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕）。氯離子應(yīng)力腐蝕的影響因素有：材質(zhì)、組織和狀態(tài)、氯離子濃度（300×10-6以上會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，小于20×10-6不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕）、氧含量、溫度（75以上會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，低于50不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕）、PH值、應(yīng)力大小。應(yīng)力腐蝕開裂具有脆性斷口形貌，但它也可能發(fā)生于韌性高的材料中。Ni含量在812時(shí)發(fā)生應(yīng)力腐蝕的傾向性最大。發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的必

43、要條件是要有拉應(yīng)力（不論是殘余應(yīng)力還是外加應(yīng)力，或者兩者兼而有之）和特定的腐蝕介質(zhì)存在。型紋的形成和擴(kuò)展大致與拉應(yīng)力方向垂直。這個(gè)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力值，要比沒有腐蝕介質(zhì)存在時(shí)材料斷裂所需要的應(yīng)力值小得多。在微觀上，穿過晶粒的裂紋稱為穿晶裂紋，而沿晶界擴(kuò)圖的裂紋稱為沿晶裂紋，當(dāng)應(yīng)力腐蝕開裂擴(kuò)展至其一深度時(shí)（此處，承受載荷的材料斷面上的應(yīng)力達(dá)到它在空氣中的斷裂應(yīng)力），則材料就按正常的裂紋（在韌性材料中，通常是通過顯微缺陷的聚合）而斷開。因此，由于應(yīng)力腐蝕開裂而失效的零件的斷面，將包含有應(yīng)力腐蝕開裂的特征區(qū)域以及與已微缺陷的聚合相聯(lián)系的“韌窩”區(qū)域。    

44、;     第六種局部腐蝕形式為選擇性浸出或脫合金成分腐蝕。在此情況下，一種元素，通常為最不易起化學(xué)作用的元素，被腐蝕介質(zhì)有選擇地去除而留下一個(gè)機(jī)械薄弱區(qū)。典型的例子是蒸汽和水介質(zhì)中黃銅的脫合金化。它可取名為失鋅現(xiàn)象，這里鋅被有選擇地去除而銅又被重新鍍?cè)诮饘俦砻嫔?。這種形式的腐蝕現(xiàn)在已很少見到，它可通過采用不易經(jīng)受脫合金化的合金來防止。         晶間腐蝕（第七種形式）出現(xiàn)于某些特殊的合金中，通常當(dāng)它們?cè)诤附踊驘崽幚砥陂g加熱到其敏感溫度區(qū)時(shí)即可能會(huì)發(fā)生晶間腐蝕。晶粒間界

45、是結(jié)晶學(xué)取向不同的晶粒間紊亂錯(cuò)合的界城，因而，它們是鋼中各種溶質(zhì)元素偏析或金屬化合物（如碳化物和相）沉淀析出的有利區(qū)城。當(dāng)諸如某些不銹鋼合金加熱到425-870，鉻的碳化物即會(huì)在晶粒邊界析出。導(dǎo)致碳化物附近出現(xiàn)貧鉻區(qū)同時(shí)影響晶界區(qū)的鈍化性。在特殊介質(zhì)中，如硝酸或高溫水中，可能出現(xiàn)低鉻區(qū)的溶蝕現(xiàn)象。晶粒是以一種砂糖似的表面出現(xiàn)的。當(dāng)用一取樣器擦過時(shí)，它們很容易被擦掉。不銹鋼和鎳合金的晶間腐蝕可以通過采用低碳合金、加入碳化物形成元素如鈦或鈮，或利用穩(wěn)定化退火來使之避免。晶間腐蝕是一種有選擇性的腐蝕破壞，它與一般選擇性腐蝕不同之處在于，腐蝕的局部性是顯微尺度的，而宏觀上不一定是局部的。晶界上優(yōu)先腐蝕

46、，雖然外觀上保持著金屬光澤，但晶粒間漸漸失去聯(lián)系以致晶粒脫落。晶間腐蝕的影響因素：金屬的化學(xué)成分和金相組織。含碳量愈高，愈易產(chǎn)生晶間腐蝕。鐵素體的存在可以防止晶間腐蝕，但晶粒度過大則會(huì)加速晶間腐蝕。焊前鋼材的受熱情況，若鋼材受過550850的預(yù)熱，則易發(fā)生晶間腐蝕。焊接、使用過程中存在應(yīng)力。在中等氧化性環(huán)境中易產(chǎn)生晶間腐蝕。為此，應(yīng)選用穩(wěn)定性好的低碳不銹鋼，極低含碳量和較高鈦、鈮、鉭、鋯含量的焊接材料，但該種焊縫強(qiáng)度低且易產(chǎn)生熱裂。         應(yīng)力腐蝕裂紋（SCC）是第八種局部腐蝕形式。產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的條件

47、有三種： ·敏感合金,  外加或殘余的拉應(yīng)力,  特殊腐蝕劑。 應(yīng)力腐蝕裂紋可能出現(xiàn)的一個(gè)典型例子是一條由AISI  316型不銹鋼（UNS  S31600）制成的絕熱蒸汽管線。絕熱材料中可能存在的氯化物當(dāng)其受到雨淋時(shí)即可轉(zhuǎn)移到金屬表面。這種情況滿足了應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生條件：一種敏感合金316型不銹鋼；一種特殊腐蝕劑含氯化物的水；以及應(yīng)力冷加工的或焊接的管道。如果通過裂紋區(qū)做一橫斷面金相檢查，將會(huì)觀察到典型的穿晶（跨過晶粒和晶界）和分支裂紋。這就是奧氏體不銹鋼的典型氯化物應(yīng)力腐蝕裂紋。消除上述三種中的任何一種條件即可防止應(yīng)力

48、腐蝕裂紋的產(chǎn)生。刀刃腐蝕。當(dāng)焊接321、347不銹鋼時(shí)，受熱部分溫度高達(dá)1150時(shí)，易導(dǎo)致TiC和Nb部分析出。這時(shí)，碳在靠近焊縫處富集成一個(gè)很窄的富集區(qū)域，在焊縫冷卻時(shí)形成碳鉻化合物。該碳富集區(qū)域只有幾個(gè)晶粒寬，能長(zhǎng)久形成一條細(xì)線，即刀刃腐蝕。含Nb不銹鋼比含Ti不銹鋼更能抵抗刀刃腐蝕，提高熱處理溫度也不能消除刀刃腐蝕。與晶間腐蝕不一樣的是，刀刃腐蝕發(fā)生在緊鄰焊縫很窄的區(qū)域內(nèi)，而晶間腐蝕發(fā)生在離焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)域；刀刃腐蝕發(fā)生在穩(wěn)定型不銹鋼中。        局部腐蝕的最后一個(gè)例子是腐蝕疲勞。它出現(xiàn)于旋轉(zhuǎn)零件中，如泵

49、的軸。點(diǎn)蝕常發(fā)生在依次產(chǎn)生應(yīng)力上升區(qū)的表面上。在存在周期性應(yīng)力并伴隨有腐蝕的應(yīng)用場(chǎng)合中會(huì)導(dǎo)致疲勞裂紋的加速發(fā)展。疲勞條紋（標(biāo)志）可在斷口表面上很典型地觀察到，它是腐蝕疲勞的警告征兆。使用高強(qiáng)度合金或減小應(yīng)力的方法可以防止腐蝕疲勞。      全面腐蝕：是用來描述在整個(gè)合金表面上以比較均勺的方式所發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象的術(shù)語。當(dāng)發(fā)生全面腐蝕時(shí)，村料由于腐蝕而逐漸變薄，甚至材料腐蝕失效。不銹鋼在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中可能呈現(xiàn)全面腐蝕。全面腐蝕所引起的失效問題并不怎么令人擔(dān)心，因?yàn)?，這種腐蝕通常可以通過簡(jiǎn)單的浸泡試驗(yàn)或查閱腐蝕方面的文獻(xiàn)資料而預(yù)測(cè)它。2. 不銹鋼中合金

50、元素的作用：1、碳（C）：鋼中含碳量增加，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過時(shí)，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會(huì)降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場(chǎng)的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時(shí)效敏感性。 2、硅（Si）：在煉鋼過程中加硅作為還原劑和脫氧劑，所以鎮(zhèn)靜鋼含有0.150.30%的硅。如果鋼中含硅量超過0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能顯著提高鋼的彈性極限，屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度，故廣泛用于作彈簧鋼。在調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.01.2%的硅，強(qiáng)度可提高1520%。硅和鉬、鎢、鉻等結(jié)合，有提高抗腐蝕性和抗氧化的

51、作用，可制造耐熱鋼。含硅14%的低碳鋼，具有極高的導(dǎo)磁率，用于電器工業(yè)做矽鋼片。硅量增加，會(huì)降低鋼的焊接性能。 3、錳（Mn）：在煉鋼過程中，錳是良好的脫氧劑和脫硫劑，一般鋼中含錳0.300.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時(shí)就算“錳鋼”，較一般鋼量的鋼不但有足夠的韌性，且有較高的強(qiáng)度和硬度，提高鋼的淬性，改善鋼的熱加工性能，如16Mn鋼比A3屈服點(diǎn)高40%。含錳1114%的鋼有極高的耐磨性，用于挖土機(jī)鏟斗，球磨機(jī)襯板等。錳量增高，減弱鋼的抗腐蝕能力，降低焊接性能。 4、磷（P）：在一般情況下，磷是鋼中有害元素，增加鋼的冷脆性，使焊接性能變壞，降低塑性，使冷彎性能變壞。因此通常要求鋼中含磷

52、量小于0.045%，優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。 5、硫（S）：硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。 6、鉻（Cr）：在結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼中，鉻能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性，因而是不銹鋼，耐熱鋼的重要合金元素。 7、鎳(Ni)：鎳能提高鋼的強(qiáng)度，而又保持良好的塑性和韌性。鎳對(duì)酸堿有較高的耐腐蝕能力，在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳

53、是較稀缺的資源，故應(yīng)盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。 8、 鉬(Mo)：鉬能使鋼的晶粒細(xì)化，提高淬透性和熱強(qiáng)性能，在高溫時(shí)保持足夠的強(qiáng)度和抗蠕變能力(長(zhǎng)期在高溫下受到應(yīng)力，發(fā)生變形，稱蠕變)。結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬，能提高機(jī)械性能。 還可以抑制合金鋼由于火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。 9、鈦(Ti)：鈦是鋼中強(qiáng)脫氧劑。它能使鋼的內(nèi)部組織致密，細(xì)化晶粒力；降低時(shí)效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當(dāng)?shù)拟?，可避免晶間腐蝕。 10、釩(V)：釩是鋼的優(yōu)良脫氧劑。鋼中加0.5%的釩可細(xì)化組織晶粒，提高強(qiáng)度和韌性。釩與碳形成的碳化物，在高溫高壓下可提高抗氫腐蝕能力。 11、鎢

54、(W)：鎢熔點(diǎn)高，比重大，是貴生的合金元素。鎢與碳形成碳化鎢有很高的硬度和耐磨性。在工具鋼加鎢，可顯著提高紅硬性和熱強(qiáng)性，作切削工具及鍛模具用。 12、鈮(Nb)：鈮能細(xì)化晶粒和降低鋼的過熱敏感性及回火脆性，提高強(qiáng)度，但塑性和韌性有所下降。在普通低合金鋼中加鈮，可提高抗大氣腐蝕及高溫下抗氫、氮、氨腐蝕能力。鈮可改善焊接性能。在奧氏體不銹鋼中加鈮，可防止晶間腐蝕現(xiàn)象。 13、鈷(Co)：鈷是稀有的貴重金屬，多用于特殊鋼和合金中，如熱強(qiáng)鋼和磁性材料。 14、銅(Cu)：武鋼用大冶礦石所煉的鋼，往往含有銅。銅能提高強(qiáng)度和韌性，特別是大氣腐蝕性能。缺點(diǎn)是在熱加工時(shí)容易產(chǎn)生熱脆，銅含量超過0.5%塑性顯

55、著降低。當(dāng)銅含量小于0.50%對(duì)焊接性無影響。 15、鋁(Al)：鋁是鋼中常用的脫氧劑。鋼中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊韌性，如作深沖薄板的08Al鋼。鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。鋁的缺點(diǎn)是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。 16、硼(B)：鋼中加入微量的硼就可改善鋼的致密性和熱軋性能，提高強(qiáng)度。 17、氮(N):氮能提高鋼的強(qiáng)度，低溫韌性和焊接性，增加時(shí)效敏感性。 18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序數(shù)為57-71的15個(gè)鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象“土”，所以習(xí)慣上稱稀土。鋼中

56、加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。 3. 不銹鋼的生產(chǎn)原理與種類  不銹鋼的不銹性和耐蝕性是由于其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜）的形成,既有不銹性，又有耐酸性（耐蝕性）。試驗(yàn)表明，鋼在大氣、水等弱介質(zhì)中和硝酸等氧化性介質(zhì)中，其耐蝕性隨鋼中鉻含水量的增加而提高，當(dāng)鉻含量達(dá)到一定的百分比時(shí)，鋼的耐蝕性發(fā)生突變，即從易生銹到不易生銹，從不耐蝕到耐腐蝕。不銹鋼的分類方法很多。按室溫下的組織結(jié)構(gòu)分類，有馬氏體型、奧氏體型、鐵素體和雙相不銹鋼；按主要化學(xué)成分分類，基本上可分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼

57、兩大系統(tǒng)；按用途分則有耐硝酸不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐海水不銹鋼等等，按耐蝕類型分可分為耐點(diǎn)蝕不銹鋼、耐應(yīng)力腐蝕不銹鋼、耐晶間腐蝕不銹鋼等；按功能特點(diǎn)分類又可分為無磁不銹鋼、易切削不銹鋼、低溫不銹鋼、高強(qiáng)度不銹鋼等等。由于不銹鋼材具有優(yōu)異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度范圍內(nèi)的強(qiáng)韌性等系列特點(diǎn)，所以在重工業(yè)、輕工業(yè)、生活用品行業(yè)以及建筑裝飾等行業(yè)中獲取得廣泛的應(yīng)用。 不銹鋼的種類：   3.1、奧氏體不銹鋼     在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%10%、C約0.1%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織

58、。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強(qiáng)度較低，不可能通過相變使之強(qiáng)化，僅能通過冷加工進(jìn)行強(qiáng)化。如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。此類鋼除耐氧化性酸介質(zhì)腐蝕外，如果含有Mo、Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼濃硝酸肯有良好的耐蝕性。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。&#

59、160;  3.2、鐵素體不銹鋼    在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在11%30%，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)。這類鋼一般不含鎳，有時(shí)還含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，這類鋼具導(dǎo)熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點(diǎn)，多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點(diǎn)，因而限制了它的應(yīng)用。爐外精煉技術(shù)（AOD或VOD）的應(yīng)用可使碳、氮等間隙元素大大降低，因此使這類鋼獲得廣泛應(yīng)用。    3.3、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼    

60、 是奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%28%，Ni含量在3%10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。   3.4、馬氏體不銹鋼    通過熱處理可以調(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號(hào)為Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。淬火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強(qiáng)韌性組合，主要用于蒸汽輪機(jī)葉片、餐具、外科手術(shù)器械。根據(jù)化學(xué)成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據(jù)組織和強(qiáng)化機(jī)理的不同，還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體（或半馬氏體）沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時(shí)效不銹鋼等。在不銹鋼中的主要作用在于它改變了鋼的晶體結(jié)構(gòu)