一、硫化物的有害作用
不銹鋼中的硫化物夾雜主要是MnS。由于MnS極易溶于含Cl-的水中,它的有害作用主要是降低不銹鋼的耐蝕性,特別是降低耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能,而且與鋼中錳含量有關(guān)。
國外已開始生產(chǎn)低錳量(≤0.3%)的06Cr17Ni12Mo2(316)和022Cr17Ni12Mo2(316L)。對醫(yī)療用00Cr18Ni14Mo2(316L)則要求鋼中硫量從≤0.01%降到≤0.003%或≤0.004%,以滿足ASTM F138標準的要求。
研究已表明,低錳量的0Cr18Ni9其耐點蝕性能與含約2%Mo的正常錳量的0Cr17Ni14Mo2相當。國內(nèi)在生產(chǎn)中已采取措施,在盡量降低18-8鉻鎳鋼中硫量的同時,也在降低鋼中錳量,一般控制在1%以下(大多約0.5%)。
由于硫化物和氧化物復合夾雜的存在,破壞了不銹鋼基體的連續(xù)性,經(jīng)熱加工后,硫化物延伸變形,而氧化物夾雜不變形,夾雜兩端形成微裂,導致了應(yīng)力集中,同時還強化了鋼的力學性能的方向性。所以鋼中硫化物的另一有害作用是降低鋼的塑、韌性和抗疲勞性能,特別是橫向性能。
二、氧化物和硅酸鹽的有害作用
鋼中夾雜物的存在,破壞了不銹鋼基體的連續(xù)性并導致應(yīng)力集中,從而降低鋼的塑、韌性和抗疲勞性能,鋼中氧化物和硅酸鹽也不例外,由于 等夾雜硬度高,難變形,多呈鏈狀、串狀,一方面增強鋼的力學性能的方向性,使橫向性能惡化,另一方面使鋼的切削加工性下降,而且很難拋光。
1Cr18Ni9Ti連鑄坯表面的翻皮、結(jié)疤、凹凸不平以及裂紋等缺陷均與鋼中非金屬夾雜物有關(guān),其中主要是 和鈦的氧化物與氮化物。
一些鋼廠1Cr18Ni9Ti不銹鋼管內(nèi)表面翹皮和外表面螺旋形裂紋等缺陷也常常與鋼中氧化物、硅酸鹽和氮化物有關(guān)(試驗用鋼α相很低,為一級)。
不銹鋼中常常觀察到有以氧化物和硅酸鹽為“核心”,以各種硫化物,如MnS,(Fe,Mn)S為“外殼”的復雜夾雜物。這種夾雜物對鋼的耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能最為有害。
國外對經(jīng)退火、酸洗和表面精加工的06Cr19Ni10(304)不銹鋼冷軋表面的大量發(fā)紋進行了分析,結(jié)果表明:這些發(fā)紋是由于鋼中CaO和MnO的硅酸鹽經(jīng)熱軋、冷軋后變形、伸長,再經(jīng)酸洗,夾雜物脫落,最后經(jīng)精加工便以發(fā)紋形態(tài)顯露了出來。
國內(nèi)生產(chǎn)并大量出口的2Cr13餐具,有的由于使用前在運輸過程中便嚴重銹蝕而導致全部退貨。國產(chǎn)2Cr13和進口2Cr13板材耐點蝕性的對比結(jié)果(表9.3)表明:國產(chǎn)板材擊穿電位很低,有的板材根本不能鈍化。這說明國產(chǎn)材耐銹蝕性能較差。采取用硅鐵粉代替原用的全鋁粉脫氧等措施,最終2Cr13板材耐銹蝕不良問題獲得了圓滿解決。
三、氮化物的有害作用
由于不銹鋼中的氮化物夾雜硬度高,不易變形,在鋼材中又多成群分布,所以對鋼的不利影響與Al2O3、SiO2等氧化物夾雜相當類似。如降低鋼的橫向性能、抗疲勞性能和拋光性能等。
氮化物對鋼的力學性能的有害作用,在中、高鉻鐵素體不銹鋼中最為明顯。圖9.6系氮化物對高純00Cr18Mo2(0.001%~0.002%C)不銹鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度的影響。可以看出,隨鋼中氮化物(TiN,NbN,AIN等)的增加,鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯上升。研究表明,呈幾何形狀存在的氮化物是導致00Cr18Mo2鋼脆性穿晶斷裂的裂紋源。
在含鈦的不銹鋼(1Cr18Ni9Ti,06Cr18Ni11Ti等)中,由于氮可與鈦形成TiN、Ti(C,N),以及鋼液中TiO2、Al2O3等的存在,常常使連鑄坯表面缺陷增加,鑄坯內(nèi)部純凈度也降低。不僅增加鑄坯的修磨量和金屬的消耗,而且使鋼材成品質(zhì)量下降。
不銹鋼中的非金屬夾雜物常常是各類夾雜物共存。因此,對鋼的有害作用也經(jīng)常是各類夾雜物綜合作用的結(jié)果。圖9.7便是非金屬夾雜物對一種超低碳、含氮的鉻鎳奧氏體不銹鋼的沖擊韌性的影響。顯然,夾雜物增加,鋼的沖擊韌性顯著下降。