鉻是奧氏體不銹鋼中最主要的合金元素,在介質(zhì)的作用下,鉻能促進鋼的鈍化使之具有不銹性和耐蝕性。
早期的研究工作表明,在鉻鎳奧氏體不銹鋼中,碳含量為0.1%,鉻含量為18%時,自1100℃速冷,能在室溫獲得單一亞穩(wěn)定奧氏體組織所需的鎳含量最低值約為8%。因此,常用的18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼是鉻、鎳配比最為適宜的一種鋼。
在奧氏體不銹鋼中,隨著鉻含量的增加,σ相形成的傾向加大,當(dāng)鋼中含有鉬時,鉻含量的增加還會促進x相的形成。這些金屬間化合物的析出顯著降低鋼的塑性和韌性,而且在一些條件下還降低鋼的耐蝕性。
奧氏體不銹鋼中鉻含量的提高將降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms(式(9.9)),從而提高奧氏體的穩(wěn)定性。因此,鉻含量超過20%的高鉻奧氏體不銹鋼即使經(jīng)過冷加工和低溫處理也很難出現(xiàn)馬氏體組織。
一般而言,只要奧氏體不銹鋼保持完全奧氏體組織而沒有鐵素體的生成,僅提高鉻含量不會對鋼的力學(xué)性能有明顯的影響。
鉻對奧氏體不銹鋼性能影響最大的是其耐蝕性:提高鋼的抗氧化性介質(zhì)和耐酸性氯化物介質(zhì)的性能;在鎳、鉬、銅的復(fù)合作用下,鉻提高耐一些還原性介質(zhì)、有機酸、尿素和堿介質(zhì)的性能;鉻還提高鋼耐晶間腐蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕及耐某些條件下應(yīng)力腐蝕的性能。
圖9.57為鉻對Fe-Cr-10Ni奧氏體不銹鋼在氧化性介質(zhì)中耐蝕性的影響。在65%沸騰的硝酸中,隨鉻含量的提高,Cr-Ni鋼的耐蝕性急劇增加的臨界鉻含量約為12%,而具有最低穩(wěn)定的腐蝕速率的最佳鉻含量應(yīng)為18%。
對于含Mo、Cu的Cr-Ni奧氏體不銹鋼在一些含Cl-和F-的酸性氯化物中,鉻含量必須大于25%才更有效(圖9.58)。
在奧氏體不銹鋼中,鉻能增大碳的溶解度而降低鉻的貧化度,因而提高鉻含量對奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕是有益的。
鉻非常有效地改善奧氏體不銹鋼的耐點蝕和縫隙腐蝕性能。當(dāng)鋼中同時有鉬和氮的存在時,鉻的這種作用大大加強。雖然根據(jù)研究,鉬的耐點蝕及耐縫隙腐蝕的能力為鉻的3倍左右,氮為鉻的30倍,但當(dāng)鋼中鉻含量不足時將難以發(fā)揮鉬、氮的有效性。
鉻對奧氏體不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕的影響視介質(zhì)條件和使用環(huán)境而異。在MgCl2沸騰溶液中,鉻的作用通常是有害的,但是在含Cl-和氧的水介質(zhì)、高溫高壓水及以點蝕為起源的應(yīng)力腐蝕環(huán)境中,提高鋼中鉻含量對其耐應(yīng)力腐蝕性能是有益的。鉻和鎳對奧氏體不銹鋼耐苛性(NaOH)應(yīng)力腐蝕也是有益的。