奧氏體不銹鋼是不銹鋼中應(yīng)用最廣泛、牌號(hào)種類最多的鋼種，也是較重要的一類不銹鋼。這是由其具有的一些特點(diǎn)所決定的。
一、奧氏體不銹鋼的成分特點(diǎn)
奧氏體不銹鋼最基本的合金元素是鉻和鎳，代表性的牌號(hào)是含鉻為18%左右、含鎳為8%左右的鉻－鎳奧氏體不銹鋼，常稱為18－8不銹鋼。鉻和鎳的元素配比基本上保證了鋼的組織是穩(wěn)定的奧氏體。
奧氏體不銹鋼的發(fā)展很快，為了適應(yīng)不同條件的需要，在18－8鋼的基礎(chǔ)上，改變碳的含量或添加其他合金元素，賦予了這類不銹鋼更優(yōu)良的性能。
(1)降低碳的含量或加入鈦、鈮元素，可提高耐晶間腐蝕性能，鈦或鈮的加入量有一定的要求，見本書第一章第二節(jié)的內(nèi)容。鈦加入量及Ti/C比與晶間腐蝕的關(guān)系見圖3－1。
(2)加入鉬、銅元素可提高在硫酸中的耐腐蝕性。鉬及銅對(duì)18－8鋼在硫酸中耐腐蝕性的影響分別見圖3－2和圖3－3。
18－8鋼加入1.5%～4%的鉬，還可提高在各種有機(jī)酸、硫酸鹽、漂白粉等介質(zhì)中的耐腐蝕性能，但加鉬的不銹鋼不適合在硝酸中使用。在奧氏體不銹鋼中加入鉬量過高時(shí)，可能會(huì)因出現(xiàn)較多量的δ－鐵素體和σ相而引起脆性及晶間腐蝕性降低，特別是經(jīng)過敏化處理時(shí)，高鉬的不利作用更突出，見圖3－2中的線2。
圖3－1 1Cr18Ni9Ti鋼中Ti/C與晶間腐蝕的關(guān)系
(H2?SO4－CuSO4溶液檢驗(yàn))
●不滿意 ○滿意
圖3－2 鉬對(duì)18－8鋼在70℃的10%硫酸中的耐腐蝕性能的影響
1．1 1 0 0～1 1 5 0℃空氣冷卻 2．1+ 6 5 0℃4 h空氣冷卻
圖3－3 銅對(duì)18－8鋼在40℃的硫酸中的耐腐蝕性能影響
1．不含銅 2．含2. 4 5%銅
銅加入鉻－鎳奧氏體不銹鋼中，會(huì)提高在硫酸中的耐腐蝕性，但加入某些鉻－錳－氮不銹鋼中時(shí)，可能會(huì)使產(chǎn)生晶間腐蝕的敏化溫度范圍擴(kuò)大，出現(xiàn)晶間腐蝕的敏化時(shí)間縮短，而產(chǎn)生不利影響，在熱處理或使用時(shí)應(yīng)予以注意。
(3)加入硅并提高鉻、鎳等元素的含量，可提高不銹鋼在濃硝酸中的耐腐蝕性。
(4)奧氏體不銹鋼中加入鉬或氮元素，可以提高在含有氯離子介質(zhì)中的抗點(diǎn)腐蝕性能，以0Cr18Ni9和0Cr17Ni12Mo2N兩種奧氏體不銹鋼比較，前者抗點(diǎn)蝕指數(shù)只為18，而后者的抗點(diǎn)蝕指數(shù)可達(dá)27，0Cr17Ni12Mo2N抗點(diǎn)蝕能力遠(yuǎn)高于0Cr18Ni9鋼。
(5)錳和氮可以取代鉻－鎳奧氏體不銹鋼中的鎳，以節(jié)約稀有貴重金屬鎳。
(6)奧氏體不銹鋼大幅度降低碳的含量，嚴(yán)格限制鉭(T a)、鈷的含量，可改變?cè)雍诵再|(zhì)，而應(yīng)用于原子能工業(yè)。
加入某些合金元素時(shí)，考慮元素對(duì)組織的穩(wěn)定作用，在鉻、鎳的含量上允許做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
對(duì)于鉻－鎳奧氏體不銹鋼，在含有其他合金元素時(shí)，為保證鋼的組織是完全奧氏體組織，鎳的含量應(yīng)不小于下列經(jīng)驗(yàn)公式所給出的數(shù)值: Ni≥1.1(Cr+ Mo+ 1.5Si+ 1.5Nb)－0.5Mn－30C－8.2。
式中各元素符號(hào)分別表示該元素在鋼中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量。當(dāng)鋼中鎳的含量低于按此公式的計(jì)算值時(shí)，則鋼的組織不完全是奧氏體，可能還有一定量的δ－鐵素體。此公式適用于自高溫快速冷卻鋼的組織。
對(duì)于以錳、氮代鎳的Cr－Mn－Ni－N奧氏體不銹鋼，當(dāng)錳含量在5%～14%范圍時(shí)，為保證在1150℃時(shí)能具有完全奧氏體組織，所需要的碳加氮的最小含量應(yīng)滿足下列公式:
C+ N≥0.078［Cr+ 0.63W+ 1.4Mo+ 2.5V+ 2.8Nb+ 1.74(Si－0.5)－12.5］－0.05Ni
式中各元素符號(hào)分別表示該元素在鋼中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量。
在18－8鋼基礎(chǔ)上，奧氏體不銹鋼的發(fā)展變化過程見圖3－4。
圖3－4除顯示了奧氏體不銹鋼外，還顯示了在奧氏體不銹鋼基礎(chǔ)上，通過調(diào)整鉻、鎳含量或加入其他合金元素后演變而來的部分耐腐蝕合金和沉淀硬化不銹鋼。
我國標(biāo)準(zhǔn)中，奧氏體不銹鋼棒材、鍛材和鑄材的部分牌號(hào)及化學(xué)成分見表3－1。
二、奧氏體不銹鋼力學(xué)性能特點(diǎn)
奧氏體不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)決定了其力學(xué)性能的特點(diǎn)是強(qiáng)度較低而塑性和韌性較高。在我國不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)中，給定的奧氏體不銹鋼抗拉強(qiáng)度一般為480～520N/mm2;個(gè)別的還有400N/mm2。按標(biāo)準(zhǔn)，奧氏體不銹鋼鍛材、軋材沒給出沖擊試驗(yàn)值，實(shí)際上，奧氏體不銹鋼固溶化熱處理后的沖擊功(A?KU2)可達(dá)120J或更高。奧氏體不銹鋼的力學(xué)性能不能通過熱處理進(jìn)行調(diào)整。
常見奧氏體不銹鋼固溶化熱處理后的力學(xué)性能見表3－2。
表3－2 常見奧氏體不銹鋼熱處理制度及力學(xué)性能值
續(xù)表
續(xù)表
續(xù)表
續(xù)表
注:對(duì)于棒材或鍛件，力學(xué)性能僅適用于不大于180mm尺寸。
奧氏體不銹鋼不僅在常溫時(shí)有好的韌性，在低溫條件下也能保持較高的韌性，這種特性甚至可以保持到－150℃。隨著使用溫度的下降，強(qiáng)度有升高的趨勢。
由于奧氏體不銹鋼含有較高的鉻、鎳、銅等合金元素，在較高溫度下有好的抗氧化性和一定的強(qiáng)度，有的可作為耐熱鋼使用。
奧氏體不銹鋼雖然不能用熱處理方法調(diào)整力學(xué)性能，但可以利用冷作硬化來改善強(qiáng)度，應(yīng)用于制造標(biāo)準(zhǔn)件或小截面機(jī)械零件。
奧氏體不銹鋼的冷作硬化效果與其含碳量和變形量有關(guān)。
碳含量對(duì)鉻－鎳奧氏體不銹鋼冷作硬化效果的影響見圖3－5。隨碳含量的增加，冷作硬化效果增強(qiáng)。
圖3－5碳量對(duì)鉻－鎳奧氏體不銹鋼冷加工硬化效果影響
1．18%Cr，8%Ni 2．18%Cr，12%Ni
冷加工變形量對(duì)鉻－鎳奧氏體不銹鋼抗拉強(qiáng)度的影響見圖3－6。隨冷加工變形量的增加，冷作硬化效果增強(qiáng)。
三、奧氏體不銹鋼耐腐蝕特點(diǎn)
1．耐全面腐蝕性能
18－8型奧氏體不銹鋼對(duì)氧化性介質(zhì)，如大氣、稀硝酸或中等濃度的硝酸、濃硫酸是耐腐蝕的，在氫氧化鈉和氫氧化鉀的溶液中，在相當(dāng)寬的濃度和溫度范圍內(nèi)有較好的耐腐蝕性。而在還原性介質(zhì)，如鹽酸、亞硫酸中不耐腐蝕，在濃硝酸中也不耐腐蝕。
圖3－6 冷加工對(duì)18－8鋼抗拉強(qiáng)度的影響
含鉬的奧氏體不銹鋼在有機(jī)酸和某些還原性酸中有好的耐腐蝕性，在硝酸中不耐腐蝕。
含高硅的鉻－鎳奧氏體不銹鋼在濃硝酸中耐腐蝕性好。
含鉬、銅、硅的奧氏體不銹鋼在硫酸介質(zhì)中有更好的耐腐蝕性。
鉻－錳－氮系奧氏體不銹鋼在腐蝕性不太強(qiáng)的介質(zhì)中，如室溫下的硝酸、甲酸、醋酸等介質(zhì)，耐腐蝕性與18－8奧氏體不銹鋼相當(dāng)，但在腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)中，如高溫硝酸、硫酸、磷酸，耐腐蝕性不如18－8奧氏體不銹鋼。
2．耐晶間腐蝕性能
奧氏體不銹鋼加熱后在850～400℃區(qū)間緩慢冷卻時(shí)，鉻的碳化物會(huì)從晶界析出，使晶界處產(chǎn)生局部貧鉻區(qū)，從而產(chǎn)生晶間腐蝕。
奧氏體不銹鋼的抗晶間腐蝕能力與含碳量有關(guān)，含碳量越低，抗晶間腐蝕能力越強(qiáng)，如圖3－7所示。
圖3－7 碳含量對(duì)0Cr18Ni9不銹鋼(650℃敏化處理2h)在65%硝酸腐蝕試驗(yàn)中腐蝕率的影響
從圖3－7可以看出，奧氏體不銹鋼中含碳量在0.03%以下時(shí)，對(duì)晶間腐蝕不太敏感。
含穩(wěn)定化元素鈦或鈮的奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕能力優(yōu)于不含穩(wěn)定化元素的奧氏體不銹鋼。
節(jié)鎳的鉻－錳－鎳－氮系奧氏體不銹鋼有晶間腐蝕傾向，但不一定比不含穩(wěn)定化元素的鉻－鎳奧氏體不銹鋼嚴(yán)重。而且，在相同的腐蝕率下，其允許的極限含碳量比1Cr18Ni9鋼高，見圖3－8。
3．耐點(diǎn)腐蝕和耐縫隙腐蝕性能
奧氏體不銹鋼中，能提高耐點(diǎn)腐蝕和耐縫隙腐蝕的合金元素是鉻、鎳、鉬、氮，所以，在奧氏體不銹鋼中，含這些元素多的，耐點(diǎn)腐蝕和耐縫隙腐蝕性能好。
圖3－8 Cr－Mn－Ni－N鋼及18－8鋼的腐蝕率與含碳量的關(guān)系(在沸騰的65%硝酸中)
1．Cr－Mn－Ni－N鋼 2．1 8－8鋼
4．耐應(yīng)力腐蝕開裂性能
奧氏體不銹鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂敏感。鋼中的含鎳量對(duì)提高耐應(yīng)力腐蝕開裂有重要的作用。
