鐵素體不鏽鋼

鐵素體不鏽鋼（400系）含鉻量在15%~30%，具有體心立方晶體結構。這類鋼一般不含鎳，有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等元素，這類鋼具有導熱係數大，膨脹係數小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優良等特點，多用於製造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。鐵素體不鏽鋼價格不僅相對低且穩定，並且具有許多獨特的特點和優勢，業已證明，在許多原先認為只能採用奧氏體不鏽鋼（300系）的套用領域，鐵素體不鏽鋼是一種極為優異的替代材料，鐵素體不鏽鋼不含鎳，主要元素為鉻（>10%）和鐵，鉻是不鏽鋼特別耐腐蝕的元素，其價格相對穩定。

基本介紹

• 中文名：鐵素體不鏽鋼
• 外文名：ferritic stain less steel 
• 含鉻量：15%~30%
• 結構：體心立方晶體結構
• 特點：導熱係數大，膨脹係數小等
• 學科：冶金工程

詳細介紹

鉻含量12%～30%，在高溫和常溫下均以體心立方晶格的鐵素體為基體組織的不鏽鋼。這類鋼一般不含鎳，有的含有少量鉬、鈦或鈮等元素，具有良好的抗氧化性，耐蝕性和耐氯化物腐蝕破裂性。鐵素體不鏽鋼根據鉻含量可分為低鉻、中鉻和高鉻三類，根據鋼的純淨度，特別是碳、氮雜質含量又可分為普通鐵素體不鏽鋼和超純鐵素體不鏽鋼。普通鐵素體不鏽鋼有低溫和室溫脆性，缺口敏感性及較高的晶間腐蝕傾向，焊接性較差等缺點，雖然這類鋼發展的較早，在工業套用一直受到很大限制。普通鐵素體不鏽鋼的這些不足，與鋼的純淨度，特別是與鋼中碳、氮等間隙元素的含量較高有關。只要鋼中碳、氮足夠低，例如不大於150×10～250×10^-6，基本上可克服上述缺點。20世紀70年代後由於冶煉技術特別是真空冶金和二次精煉工藝的發展，已能生產出碳+氮≤150～250×10^-6的高純鐵素體不鏽鋼，使這類鋼在工業上獲得了廣泛套用。

分類

一般可分為普通鐵素體不鏽鋼和高純鐵素體不鏽鋼兩大類。

普通鐵素體

此類鋼包括低、中、高三種鉻含量。低鉻鐵素體不鏽鋼，含鉻大約為11%～14%，如中國的00Cr12，0Cr13Al。美國的AISI400、405、406MF-2（見表）。此類鋼具有良好的韌性，塑性，冷變形性及可焊性。由於鋼中含有一定量鉻、鋁，因此有較好的抗氧化性和不銹性。405可用作石油精煉塔、槽襯裡、蒸汽渦輪機葉片、耐高溫硫腐蝕裝置等。400用作家庭及辦公室用具等。409用於汽車排氣消音系統裝置及冷、溫水管等。中鉻鐵素體不鏽鋼，鉻含量為14%～19%，如中國的1Cr17、1Cr17Mo。美國的AISI429、430、433、434、435、436、439。此類鋼有著較好的耐銹性和耐蝕性。其加工硬化係數較小（n≈2），有著良好的深拉深性能，但延性較差。430用作建築裝飾、汽車裝飾、廚房裝備、氣體燃燒器及硝酸工業裝置的部件等。434用於汽車，建築的外部裝飾。439用作燃氣熱水器、煤、氣管線的軟管等。高鉻鐵素體不鏽鋼含鉻量19%～30%，如 中 國 的 Cr18Si2、Cr25，美國 的AISI442、443、446。此類鋼有良好的抗氧化性。442在大氣中斷續使用，上限溫度為1035℃，連續使用最高溫度為980℃。446有更好的抗氧化性。

高純鐵素體

此類鋼含有極低碳、氮;高鉻、鉬、鈦、鈮等元素。如中國的00Cr17Mo、00Cr18Mo2、00Cr26Mol、00Cr30Mo2國外18-2、Cr26Mol、25Cr-5Ni-4Mo-Nb、MoNiT、Al29-4、Al29-4-2。這類鋼有良好的力學性能（特別是韌性），焊接性能，耐晶間腐蝕性，耐點蝕、縫隙腐蝕性，優異的耐應力腐蝕破裂性。如18-2在硝酸，醋酸，NaOH中有良好耐蝕性，在3%NaCl和FeCl₃中耐點蝕性相當或超過18-8奧氏體鋼，耐SCC性遠超過18-8鋼。26CrMo鋼在許多介質中耐腐蝕，特別是有機酸，氧化性酸，強鹼中。在強氯化物介質中有良好的耐點蝕性。在氯化物、硫化氫、過多硫酸及強鹼中不產生應力腐蝕開裂。30Cr-2Mo在保持耐應力腐蝕同時具有更高耐點蝕、縫隙腐蝕性。加少量鎳的鋼，提高在還原性酸中的性能。

耐蝕性

（1）均勻腐蝕。鉻是最容易鈍化的元素。在大氣環境中，鉻含量在12%以上的鐵-鉻合金就可自鈍化。在氧化性介質中鉻含量在17%以上就可鈍化，在某些侵蝕性較強的介質中，高鉻並加鉬、鎳、銅等元素可獲得良好的耐蝕性。

（2）晶間腐蝕。鐵素體不鏽鋼與奧氏體不鏽鋼一樣都會發生晶間腐蝕，但敏化處理及避免這種腐蝕的熱處理恰好相反。鐵素體不鏽鋼從925℃以上急冷容易遭受晶間腐蝕，而容易遭受晶間腐蝕的狀態（敏化態）經過650～815℃短時間回火，便可消除。鐵素體鋼產生晶間腐蝕也是由於碳化物析出引起貧鉻的結果。所以降低鋼中碳、氮含量並加入鈦、鈮等元素，可降低晶間腐蝕敏感性。

（3）點蝕和縫隙腐蝕。鉻、鉬是提高不鏽鋼耐點蝕和縫隙腐蝕最有效元素。鉻含量增加則氧化膜中的鉻含量也增加，膜的化學穩定性增加。鉬以MoO4的形式吸附在活性金屬面上，抑制金屬的溶解，促使再鈍化，防止膜的破壞，因此高鉻、鉬鐵素體不鏽鋼具有優異的耐點蝕和縫隙腐蝕性能。

（4）抗應力腐蝕破裂性。由於組織結構的特點，鐵素體不鏽鋼在奧氏體不鏽鋼產生應力腐蝕破裂的介質中卻是耐蝕的。

力學性能

鐵素體不鏽鋼因無相變，不能靠熱處理強化。一般在700～800℃退火後使用。由於鐵鉻原子尺寸相差不多固溶強化效果較小，鐵素體不鏽鋼屈服強度、抗拉強度略高於低碳鋼，延性則低於低碳鋼。

普通鐵素體不鏽鋼易產生脆性：（1）室溫脆性。普通鐵素體不鏽鋼對缺口敏感，脆性轉變溫度除了低鉻（如405）外均在室溫以上，鉻量愈高冷脆性愈大。這種冷脆性與鋼中碳、氮等間隙元素有關，而超純鐵素體鋼由於碳、氮等間隙元素含碳非常低，可得到良好的韌性，脆性轉變溫度可降至室溫以下。

（2）高溫脆化。普通鐵素體不鏽鋼加熱到927℃以上後急冷至室溫，塑性和韌性顯著降低。這種高溫脆化與碳（氮）化物在427～927℃溫度迅速地在晶界或位錯上析出有關。降低鋼中碳氮含量（採用超純技術）可以極大的改善此脆性。此外，鐵素體鋼加熱到927℃以上晶粒容量粗化，粗大晶粒將使鋼的塑性，韌性惡化。

圖1

（3）σ-相的形成。根據鐵-鉻相圖（見圖1），在500～800℃保溫，含鉻40%～50%合金將形成單一相σ，含鉻小於20%或大於70%的合金，將形成α+σ雙相組織。σ-相形成會顯著地降低鋼的塑性和韌性。所以此類鋼不宜在500～800℃長時間使用。

（4）475℃脆性。高鉻（>15%）鐵素體鋼，在400～500℃保溫將強烈脆化。這種脆化所需時間較σ相析出短，例如0.080C-0.4Si-16.9Cr鋼在450℃保溫4h，室溫衝擊韌性幾乎下降到零。脆化程度隨鉻含量增加而增加，但在600℃以上處理可恢復韌性。475℃脆化是由於富鉻α′相沉澱的結果。此類鋼應避免在475℃附近加熱。