鐵素體不銹鋼是指鉻含量11%~30%,具有體心立方體晶體結(jié)構(gòu),在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。鐵素體不銹鋼耐蝕性方面的主要特點(diǎn)是耐氯化物應(yīng)力腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕性能優(yōu)良。鐵素體不銹鋼的強(qiáng)度高,而冷加工硬化傾向低,導(dǎo)熱系數(shù)為奧氏體不銹鋼的30%~50%,線(xiàn)膨脹系數(shù)僅為鉻鎳奧氏體不銹鋼的60%~70%。但鐵素體不銹鋼(特別是含量大于16%的鐵素體不銹鋼)存在一些缺點(diǎn)和不足,突出地表現(xiàn)在它們的室溫、低溫韌性差,缺口敏感性高,對(duì)晶間腐蝕比較敏感,而且這些缺點(diǎn)隨鐵素體不銹鋼截面尺寸的增加和焊接熱循環(huán)的作用更加強(qiáng)烈地顯示出來(lái)。
鐵素體不銹鋼一般不含鎳,或者有的僅含少量的鈦、鈮或錳等元素,所以?xún)r(jià)格較鉻-鎳奧氏體不銹鋼低廉。雖然鐵素體不銹鋼能夠節(jié)省大量的鎳,并且還有優(yōu)良的局部抗腐蝕性能等諸多優(yōu)點(diǎn),但是自問(wèn)世近70多年來(lái),與奧氏體不銹鋼相比,其用途是非常有限,產(chǎn)量也比較低。
這是由于為了貨到鐵素體組織,必須盡量減少奧氏體形成元素,增加鐵素體形成元素。故一般鐵素體不銹鋼碳含量較低,鉻含量較高。這就決定了其力學(xué)性能的特點(diǎn)是強(qiáng)度較低,韌性較差,應(yīng)盡量不用于高壓力的容器制造。鐵素體不銹鋼主要適用于氧化性介質(zhì),在還原性介質(zhì)中耐腐蝕性差,當(dāng)出現(xiàn)腐蝕和晶間腐蝕,則會(huì)引發(fā)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。鐵素體不銹鋼廣泛應(yīng)用與硝酸、硝銨、維尼綸生產(chǎn)中的吸收塔、換熱器、儲(chǔ)罐以及閥門(mén)、泵等零件中。
進(jìn)幾十年的研究發(fā)現(xiàn),鐵素體不銹鋼的室溫、低溫韌性差,缺口敏感性高,主要原因是碳、氮等間隙元素的存在。20世紀(jì)70年代以來(lái),隨著不銹鋼精煉技術(shù)的發(fā)展,AOD、VOD、(包括SS-VOD,即強(qiáng)烈攪拌的VOD工藝)、真空冶煉和連續(xù)電子束爐冶煉等工藝的出現(xiàn),已能使鋼中碳、氮含量控制得很低,高純鐵素體不銹鋼和超高純鐵素體不銹鋼的生產(chǎn)也變?yōu)榱丝赡埽乖擃?lèi)不銹鋼的上述缺點(diǎn)和不足得到了一定程度的克服。而且通過(guò)近些年的努力,科研人員進(jìn)一步發(fā)展了許多新的可焊性能好,加工性能優(yōu)良的鐵素體不銹鋼,這一切都為鐵素體不銹鋼在耐苛刻介質(zhì)腐蝕、耐氯化物腐蝕的點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕等應(yīng)用、方面的大量推廣奠定了良好的基礎(chǔ)。
至今對(duì)高純鐵素體不銹鋼和超高純鐵素體不銹鋼的界限和分類(lèi)方法還有統(tǒng)一的說(shuō)法。最有代表性的是:把碳加氮的總含量大于0.05%的鐵素體不銹鋼稱(chēng)為普通鐵素體不銹鋼; 把碳加氮的總含量小于0.05%的鐵素體不銹鋼稱(chēng)為高純鐵素體不銹鋼;把碳加氮的總含量小于0.015%的鐵素體不銹鋼稱(chēng)為超高純鐵素體不銹鋼。也有人把碳加氮的總含量小于0.015%的鐵素體不銹鋼稱(chēng)為高純鐵素體不銹鋼;把碳加氮的總含量小于0.015%,且高鉻、錳含量的鐵素體不銹鋼稱(chēng)為超高純鐵素體不銹鋼,前一種說(shuō)法為多數(shù)人接受。
高純鐵素體不銹鋼韌性大大提高,脆性轉(zhuǎn)變溫度可達(dá)-40℃~-60℃,耐腐蝕性能也有大的提高;超過(guò)純鐵素體不銹鋼耐腐蝕性能更是得到了很大提高。碳加氮的總含量即使很低,仍有不足,為了防止鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕,鋼中碳加氮的總含量應(yīng)小于0.005%~0.007%,顯然,在工業(yè)生產(chǎn)條件下是相當(dāng)困難的,即使能達(dá)到,成分也非常高。