（一） 前言 含鉬的高鉻（25—30%）鐵素體不銹鋼，不僅具有優良的耐均勻腐蝕性能，且具有極好的耐應力腐蝕、耐縫隙腐蝕、耐孔蝕能力，可以替代昂貴的鎳基和鈦等高級耐蝕合金材料。高鉻鐵素體的耐蝕性雖然優良，但嚴重的脆性阻礙其被廣泛選用。解決該類合金脆性的用途是純化，特別是要求將碳、氮含量分別降至0.003%、0.007%以下。我們發明了一項超純冶煉技術，可將Fe—Cr系合金中的碳含量降至0.002%，氮含量降至0.005%，且成本增加不多，易于工業化生產。因而利用該項技術極有可能高鉻鐵素體開發出來，并獲得較為廣泛地應用。 （二） 高鉻鐵素體不銹鋼的特性： 1、 好的抗均勻腐蝕能力： 由于合金中含鉻很高，還含有鉬。因此，其無論在酸性、堿性、氧化性、還原性、有機、無機等介質中，都具有良好的抗蝕能力。如表（1）所示。 表（1）各種耐蝕合金的耐腐蝕性比較（mm/年） 鋼號 HNO365% H2SO(50%)+Fe2(SO4)3 甲酸45% 草酸10% 醋酸20% NaHSO465% H2SO410% HCl1% 0Cr14Ni9 0.2 0.6 44 15 0.1 70 400 41 0Cr17Ni12Mo2 0.3 0.6 13 2.4 0.1 4.3 22 71 0Cr20Ni34Mo3Cu4 0.3 0.2 0.2 0.2 0.1 0.3 1 0 Ti 0.3 5.9 22 24 0 6.4 160 5.6 0Cr16Ni54Mo16W4 11.4 6.1 0.1 0.2 0 0.2 0.4 0.3 000Cr29Mo4Ni2 0.1 0.2 0.1 0.1 0 0 0.2 0.2 2、 極好的耐應力腐蝕和孔蝕能力： 一般奧氏體不銹鋼對應力腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕較敏感，限制了其應用范圍。故此，發展了一些高鎳鉻鉬的奧氏體不銹鋼和鎳基及鈦等耐蝕合金，以滿足上述惡劣條件下使用。圖（1）、（2）為各類耐蝕合金耐應力和耐孔蝕性能的比較。由此可見，高鉻鐵素不銹鋼具有很高的抗應力腐蝕和抗孔蝕能力，可以代替鎳基和鈦等耐蝕合金。 3、 優良的工藝性能 由于鐵素體合金高溫屈服強度低、塑性好很容易加工；鐵素體合金加工硬化率低、有利于冷成形；鐵素體合金膨脹系數小、熱導率高，且對硫、磷降低熔點影響小，所以焊接熱裂傾向小。 4、 物理性能好 高鉻鐵素體不銹鋼與奧氏體不銹鋼相比，線膨脹系數約低一半，熱導率約高1/3。這對制造一些熱交換的設備有重要意義。 5、 節約鎳 鎳是較稀缺元素，價格比較高。高鉻鐵素體中基本上不含鎳，即使含也很少。如大量推廣，節約鎳效果顯著。 6、 合金脆性大： 當合金純度較低，工藝不當時，合金很易變脆，限制其廣泛使用。 （三） 高鉻鐵素體不銹鋼的脆性 1、 韌脆轉變溫度： 高鉻鐵素體在較高溫時，韌性很好；當溫度降至某一溫度以下時，韌性突然降得很低，變脆。該臨界溫度被稱為韌脆轉變溫度。一般純度的高鉻鐵素體不銹鋼韌脆轉變溫度在60—40℃范圍。大多數不銹鋼設備的使用溫度在該溫度范圍以下，所以限制了其使用。 2、 M23C6析出： 合金中鉻含量很高，且鐵素體中碳的溶解度比奧氏體中低得多，因而M23C6析出傾向強烈。如在高于400℃以上析出，多以顆粒狀在晶界形成，對脆性影響不大：如在600—700℃時，則多在晶界上以網狀析出，使合金變脆。M23C6在晶界上以網狀的析出速度很快，在各種熱工藝后的冷卻過程中，很難避免。其不僅使合金變脆，且引起嚴重的晶界腐蝕，是高鉻鐵素體被限制使用的另一原因。 3、 σ相析出： 根據Fe-Cr相圖，含30%Cr的Fe—Cr合金，約700℃以下溫度才開始析出σ相，600℃長期保溫后，σ相量可達40%左右。σ相是很脆的，合金中如含有較多σ時，是不能被選用的。但由于高鉻鐵素體不銹鋼中的σ相析出溫度低，析出速度緩慢，約需幾個小時才開始析出。因此在各種熱工以后的冷卻過程中，一般不會析出，不影響使用，但不宜在σ相易析出溫度下使用。 4、ɑ、相析出 : 大棚管http://www.tuoyuangg.com/根據 Fe-Cr 相圖 , 在含 15%Cr 以上的 Fe-Cr 合金中 ,500 ℃以下可能析出ɑ、相。ɑ、相很脆 ,大量的ɑ、相的析出 , 使合金變脆。由于α相析出溫度更低 , 需要幾十個小時后才能開始析出 , 只要不在析出溫度使用 , 不必擔心由于ɑ、相引起的脆性。 （四） 解決高鉻鐵素體不銹鋼脆性的途徑： 1、 防止σ、ɑ、相析出： 由于σ和ɑ、相形成溫度低，析出速度緩慢。在熱加工、熱處理、焊接等熱工藝后的冷卻過程中，一般較容易避免，不會引起脆性：但是該類合金不宜在σ和ɑ、相易析出的300—700℃溫度范圍內使用。 2、 防止M23C6相的析出： 當合金中碳含量不足夠低時，在500—700℃溫度下，只需要幾分鐘，甚至幾秒鐘即可在晶界上形成網狀M23C6。因此各種熱工藝的冷卻過程中，M23C6的析出幾乎是不可避免的，需要另找途徑解決。 由表（2）知，當鐵素體不銹鋼在中，碳含量低于0.004%時，927℃時效不再析出M23C6。當溫度降700℃時，不析出M23C6的碳含量要求降得更低。但如合金中的碳含量能降到0.004%的水平時，M23C6析出傾向將大大減少，析出數量也會很少，不會造成較大的影響。由表（2）還可看出，氮含量低于0.006%時，593℃長期時效也不會析出Cr2N。故當氮含量達到該水平時，不用擔心由此引起的脆性。 表（2）碳、氮在鐵素體不銹鋼中的最大溶解度 溫度（℃） 1039 927 593 碳（%） 0.04 0.004 — 氮（%） — 0.023 0.006 3、 降低合金的韌脆轉變溫度： 不銹鋼裝置大都在室溫以上工作，但設備安裝和機器檢修都在室溫下。如果在室溫下很脆的材料是不能被選用的。因此如何使高鉻鐵素體的韌脆轉變溫度降至室溫以下，是使其廣泛應用的前提。我國東北地區，冬季室外溫度有時達到零下20—30℃，所以要求韌脆轉變溫度降到這個水平。 有人對高鉻鐵素體不銹鋼的韌脆轉變溫度做了大量工作，發現碳、氮的影響最大。表（3）、 （4）列出了碳和氮含量對Cr30Mo2合金韌脆轉變溫度的影響。 表（3）碳含量對韌脆轉變溫度的影響* 碳（%） 0.0021 0.0055 0.010 溫度（℃） -30~-20 0~20 60~40 *合金中含N2：0.0057~0.0043%，O2：0.0032~0.0040% 表（4）氮含量對韌脆轉變溫度的影響* 氮（%） 0.0075 0.0145 0.026 溫度（℃） –30~-20 0~20 20~60 *合金中含C：0.0014~0.0024%，O2：0.0017~0.0045% 根據現有的數據，Cr30Mo2高鉻鐵素體不銹鋼中的碳含量降至0.003%以下，氮含量降至0.007%以下，脆性轉變溫度降至-30~-20℃。