铬铁素体不锈钢的应用介绍

相对于低铬铁素体不锈钢，对中铬铁素体不锈钢（如430钢、434钢、436钢和439钢）进行了更大量的工作去确定焊接对钢的力学性能的影响。和低铬铁素体不锈钢相似，在中铬铁素体不锈钢中力学性能取决于微观组织，而且必须区分全铁素体组织和铁素体+马氏体双相组织。对于前者晶粒长大和析出物显著地影响了性能，而对于后者马氏体的数量和性质也对性能的变化有影响。可是很多研究者没有充分地描述微观组织，也没有对各种冶金因素的相对作用予以充分地说明。

已有充分的数据说明铁素体晶粒尺寸长大对韧度和延性的有害作用。表5-7总结了两种稳定化钢的模拟热影响区用夏比V形缺口冲击试验的结果。在这两种钢中DBTT的剧烈增加以及上平台能量的下降都和晶粒长大有关^[6，34]。

表5-7 晶粒尺寸对17%Cr稳定化钢模拟热影响区韧性的影响

①引自参考文献[6]，5mm厚试样。

②引自参考文献[34]，每一级ASTME23 3mm厚，夏比V形缺口冲击试样，A型。

图5-17示出了在436型不锈钢模拟热影响区试样中，在ASTM中的6～3.5级晶粒度范围内，大概每一级ASTM晶粒度的变化会使DBTT增加14℃（25℉），而弯曲延性也随晶粒尺寸长大而下降，如图5-18所示。图5-17所示的数据是由全铁素体组织的穿晶断裂得到的。在图5-19中Nishio等^[6]也示出了高温停留和随后的晶粒长大对430Nb钢模拟热影响区试样力学性能的影响。可以看到：当试样加热到1350℃（2460℉）时拉伸延性显著下降，尽管这个效应由于出现晶界马氏体和残留奥氏体而变复杂了。

图5-17 晶粒度对436型不锈钢模拟热影响区的DBTT的影响（引自Lippold和Shademan^[34]）

注：母材的DBTT=5℃（41℉）(www.xing528.com)

图5-18 晶粒尺寸对436型不锈钢模拟热影响区试样弯曲延性的影响

（引自Lippold和Shademan^[34]）

图5-19 峰值温度对430Nb型不锈钢模拟热影响区力学性能的影响

（引自Nishio等^[6]，美国焊接学会授权）

另外在中铬铁素体不锈钢焊缝中韧度和延性的降低显然不是严格地和晶粒尺寸相关。Thomas和Robinson^[30]提出由于快速冷却而形成的晶内析出物也对性能有影响。他们发现：具有相当晶粒尺寸而快速冷却试样的韧度比慢速冷却试样的要差。Hunter和Eagar^[35]认为444型不锈钢焊接区延性下降与焊缝金属和热影响区的晶粒长大及非常细的弥散析出物有关。这些析出物最可能是富钛和富铬的氮化物或碳氮化物。而在快速冷却时，从动力学角度看富铬氮化物（Cr₂N）更易析出。晶粒大小和析出反应对焊缝金属、热影响区韧度和延性的复合作用与对高温脆化（HTE）的作用相似。HTE是中铬和高铬钢加热到高于0.7T_m温度时特有的现象（见5.2.3节）。不同于铁素体不锈钢母材，在焊接时控制HTE更困难，因为焊接时的高温加热使晶粒长大以及析出物溶解，而冷却时又促使在晶内更均匀地析出。再加上稳定化元素如Ti和Nb的作用在焊接时减弱，因为快速冷却有利于富铬析出物的析出。因此在全铁素体微观组织中析出物的性质对其延性和韧度有很强的影响，特别是在晶粒粗大的情况下。

焊后热处理通过使析出物变粗而减弱其效应从而减少其有害作用。在高温能形成奥氏体的钢中，由于碳和氮扩散溶入奥氏体，减少了它们在铁素中可供析出的数量，从而减少析出物的有害影响。然而正如Nishio等^[6]指出的，此时这种有利作用要平衡冷却时转变为马氏体可能产生的有害作用。