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奥氏体不锈钢中添加钛元素的利与弊
2018-04-09 22:27

当把铬镍奥氏体不锈钢加热至450-800℃温度区间时,经常出现沿晶界的腐蚀现象,这就叫做晶间腐蚀。通常来讲,晶间腐蚀其实就是碳元素从饱和的奥氏体金相组织中以Cr23C6形态析出,从而使得晶界处的奥氏体组织贫铬所致。所以避免晶界贫铬是防止产生晶间腐蚀的有效办法。

不锈钢中各元素按和碳亲和力高低排序,顺序是钛、铌、钼、铬和锰。可以看出钛和碳的亲和力大于铬,当把钛元素添加到钢中之后,碳会优先和钛结合形成碳化钛,如此就能有效阻止生成碳化铬及析出而形成的晶界贫铬,最终可以有效防止晶间腐蚀。

因为钛和氮能够结合形成氮化钛,钛和氧能够结合形成二氧化钛,因此钛元素的添加量有相应限制,在实际不锈钢生产中为避免晶间腐蚀,钛的添加量主要是0.8%左右。

为避免晶间腐蚀,含钛的不锈钢固溶处理后还一定要做稳定化处理。在固溶处理后奥氏体不锈钢获得单相奥氏体组织,但这个组织的状态并不稳定,当温度提升到大于450℃时,固溶体中的碳会逐渐以碳化物的形态析出,其中Cr23C6的形成温度是650℃,900℃是TiC形成温度。要避免晶间腐蚀就要降低Cr23C6含量,让碳化物完全以TiC形态存在。

因为钛的碳化物稳定性要高于铬的碳化物,当不锈钢加热至700℃之上时,铬的碳化物就会开始向钛的碳化物转化。稳定化处理是把不锈钢加热至850-930℃之间,保温1小时,这个时候铬的碳化物会完全分解,生成稳定的灰色或黑色的碳化钛,不锈钢的抗晶间腐蚀能力得以优化。此外,不锈钢中添加钛,在一定条件下还能够弥散析出Fe2Ti金属间化合物,提升不锈钢的高温强度。

不过钛元素也在不锈钢中也不是完全无害,有时钛也会危害到不锈钢的性能。比如容易存在TiO2与TiN等夹杂物,它们含量较高且分布不均匀,一定程度上减小不锈钢的纯净度;还会使得不锈钢铸锭的表面质量变差,导致工序修磨量增加,很容易造成废品;成品的抛光性能也不是很好,高精度表面的加工难度非常高。

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