鐵素體不銹鋼系指含一定量的Cr、在使用狀態(tài)下組織結(jié)構(gòu)以鐵素體為主的Fe-Cr或Fe-Cr-Mo合金。它在耐氯化物、苛性堿等應力腐蝕性能方面比奧氏體不銹鋼好得多,同時還具有很好的耐海水局部腐蝕(抗點蝕、抗縫隙腐蝕和應力腐蝕開裂)性能和抗高溫氧化性能。鐵素體不銹鋼不含Ni或僅含少量Ni,因此其生產(chǎn)成本比奧氏體不銹鋼低。
但是,普通鐵素體不銹鋼也存在一些嚴重缺點,主要是對晶間腐蝕敏感,塑性和韌性較低,延-脆性轉(zhuǎn)變溫度在室溫以上。又由于焊接熱影響區(qū)的晶粒粗化、475℃脆性、高溫脆性以及δ相形成所引起的焊縫韌性不足,導致焊接開裂傾向較大。此外,鐵素體不銹鋼在成型過程中應變量較大時易產(chǎn)生表面皺折。因此長期以來,鐵素體不銹鋼的生產(chǎn)和應用一直遠低于奧氏體不銹鋼。
近年來,鐵素體不銹鋼的開發(fā)重新受到國內(nèi)外的廣泛重視,其主要原因是:(1)Ni資源嚴重短缺,Ni價格波動幅度較大,導致奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)成本大幅上升,而且原材料供應沒有保證;(2)隨著生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)進步,鐵素體不銹鋼的性能得到不斷提升,已經(jīng)出現(xiàn)一些可以替代奧氏體不銹鋼的品種;(3)含Ni不銹鋼對人體有一定危害,如會使人體皮膚發(fā)生過敏反應等。進入21世紀以來,隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出,使新材料的開發(fā)必須以環(huán)境友好作為先決條件。而鐵素體不銹鋼因其不含使人體產(chǎn)生過敏的金屬元素鎳而成為較為理想的節(jié)約資源型環(huán)保材料。
鐵素體不銹鋼主要朝著以下幾個方面發(fā)展:
提高Cr,Mo含量,以改善耐局部腐蝕性能。
超純化。使(C+N)總量<150×10-6,還要求S<0.01%,按超純化水平來劃分,鐵素體不銹鋼可分為4類:普通型:(C+N)>300×10-6;低碳型:(C+N)<300×10-6;高純型:(C+N)<200×10-6;超純型:(C+N)<100×10-6。
用Ti、Nb穩(wěn)定化。Ti、Nb能與殘余碳、氮結(jié)合成碳、氮化物,起到細化晶粒的作用;同時,能抑制鋼中形成鉻的碳、氮化物,提高不銹鋼的耐晶間腐蝕性能。
最近幾年鐵素體不銹鋼呈現(xiàn)出兩個研發(fā)熱點:
一.抗菌鐵素體不銹鋼。日本Nisshia公司在含碳量很低的鐵素體不銹鋼中添加1.5%的Cu和0.6%的Nb,所得鋼材對大腸桿菌及葡萄狀球菌有殺菌作用。我國中科院金屬研究所在鐵素體不銹鋼中加入銅,經(jīng)抗菌熱處理后,也得到了具有抗菌性能的不銹鋼。不過,這種抗菌鐵素體不銹鋼要實現(xiàn)工業(yè)化應用還有很長的路要走。
二.含鈮鐵素體不銹鋼。鈮不僅可以提高超純鐵素體不銹鋼的抗點蝕電位,還可以改善其表面質(zhì)量,提高成型性、可焊性、高溫強度(抗蠕變性)、耐熱疲勞性、抗氧化性以及耐蝕性能。