元素含量对奥氏体不锈钢性能的影响

元素含量对奥氏体不锈钢性能的影响奥氏体不锈钢含有较多的Cr、Ni、Mn、N等元素。与铁素体不锈钢和马氏体不锈钢相比，奥氏体不锈钢除了具有较高的耐腐蚀性外，还有许多优点。它具有很高的塑性，容易加工变形成各种型材，如薄板、管材等；加热时没有同素异构转变，即没有γ和α之间的相变，焊接性好；低温韧性好，一般情况下没有冷脆倾向；奥氏体不锈钢不具有磁性。由于奥氏体不锈钢的再结晶度比铁素体不锈钢的高，所以奥氏体不锈钢还可以用于550℃以上工作的热强钢。

奥氏体不锈钢是应用最广的不锈钢，约占不锈钢总产量的2/3。由于奥氏体不锈钢具有优异的不锈钢酸性、抗氧化性、高温和低温力学性能、生物相容性等，所以在石油、化工、电力、交通、航天、航空、航海、能源以及轻工、纺织、医学、食品等工业上广泛应用。

1.高钼（Mo＞4%）奥氏体不锈钢

高钼奥氏体不锈钢的典型代表是：00Cr18Ni16Mo5和00Cr18Ni16Mo5N。因为含钼量高，所以在耐还原性酸和耐局部腐蚀方面性能有很大提高，可用于更加苛刻的腐蚀环境中。含氮00Cr18Ni16Mo5N钢，由于氮的加入，奥氏体更加稳定，由于铁素体的生成，σ（χ）等脆性相的析出受到一定抑制。

00Cr20Ni25Mo4.5Cu由于此钢含有更高的Cr、Ni、Mo等元素，加之Mo与Cu的复合作用，使00Cr20Ni25Mo4.5Cu既在含Cl离子的水介质中耐点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀的能力有显著提高，图1～图4系在不同温度H2SO4、H3P O4和含F-50%H3P O4中

耐全面腐蚀和在氯化物水介质中耐应力腐蚀的实验结果。可以看出00Cr20Ni25Mo4.5Cu 比18-12-2型不锈钢的耐蚀范围有所扩大。

图1 00Cr20Ni25Mo4.5Cu 在H 2SO 4中的腐蚀 图2 00Cr20Ni25Mo4.5Cu 在H 3PO 4

中的腐蚀(≤0.1mm/a)

图3 00Cr20Ni25Mo4.5Cu 在50℃含HF 的50%P 2O 5溶液中的腐蚀

图4 00Cr20Ni25Mo4.5Cu 钢的耐应力腐蚀性能

σ—外加应力；σ0.2—钢的屈服强度；

CaC l2+CuC l2-40%CaC l2+lg/1CuC l2/1100℃;MgC l2—35%MgC l2(154℃,充气)

当Cr17Ni14Mo2和Cr17Ni13Mo3以及00Cr18Ni14Mo2等耐腐蚀性不能满足使用要求时，此类含Mo 约4.5%的高钼不锈钢则是可供选择的理想牌号。

2. 超级奥氏体不锈钢

当Cr-Ni 奥氏体不锈钢的耐点蚀当量值(PREN=Cr%+3.3×Mo%+16×N%)≥40时,便称为超级奥氏体不锈钢。超级奥氏体中的Cr 、Mo 、N 含量都比普通奥氏体不锈钢高出很多。表1列出了几种超级奥氏体不锈钢的商品牌号、化学成分标号和它们的耐点蚀当量（PREN ）值。

超级奥氏体不锈钢主要是为了解决在苛刻腐蚀条件下原有的Cr-Ni 奥氏体不锈钢耐点蚀、耐缝隙腐蚀等性能的不足而发展起来的。氮在奥氏体不锈钢中的大量应用为此类钢的发展创造了条件。超级奥氏体不锈钢的出现还填补了过去Cr-Ni 奥氏体不锈钢与高镍耐蚀合金之间没有高耐点蚀和高耐缝隙腐蚀不锈钢的空白。超级奥氏体不锈

钢性能的最大特点是在苛刻的腐蚀环境中，此类钢的耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能优异，不仅远远优于原有的所有奥氏体不锈钢，还可与一些知名的镍基耐蚀合金相媲美。

表1 几种超级奥氏体不锈钢牌号和PRE值

图5和表2系超级奥氏体不锈钢的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能与各种Cr-Ni奥氏体不锈钢性能的比较。可以看出超级奥氏体不锈钢254SMO（00Cr24Ni22Mo6.5CuN）和AL6XN(00Cr21Ni25Mo6.5N)性能最佳

图5 在10%FeCl3溶液中，PRE值对产生点蚀和缝隙腐蚀的临界温度的

影响

表2 各种Cr-Ni奥氏体不锈钢焊前焊后产生缝隙腐蚀的温度的比较

表3列出了两种超级奥氏体不锈钢的力学性能。由于钢中高Mo、高N量的强化作用，超级奥氏体不锈钢的屈服强度约比普通Cr-Ni奥氏体不锈高50%，虽然塑、韧性稍有降低，但并不影响超级奥氏体不锈钢的工程应用。

表3 两种超级奥氏体不锈钢的力学性能

由于超级奥氏体不锈钢中Cr、Mo、N量高，在冶金厂生产和用户使用此类钢时的难点是：冶炼时高氮量的控制；钢的热塑性差，热加工工艺的掌握；在热加工、热处理和焊接过程中，χ（σ）相等脆性相易析出的防止等等。

3.高硅奥氏体不锈钢

高温、高浓度（超过共沸浓度特别是高于85%）的硝酸具有非常强的氧化性；高温、高浓度（≥90%）硫酸与中、稀浓度的硫酸的强还原性不同，前者具有非常强的氧化性，为了解决这些强氧化性酸的腐蚀，仅含铬是不够的，因而促进了高硅（≥4%）奥氏体不锈钢的发展。

00Cr18Ni15Si4（Nb）在硝酸浓度高于沸腾浓度（≥68.4%）时，此钢具有良好的耐腐蚀性。在高浓度硝酸中，其腐蚀率≤0.25mm/a。由于焊接性较好，可作为浓硝酸容器用钢。但是为了防止磁钢焊后的碳化物和碳、氮化物析出，使耐蚀性降低，钢中含C量要求非常低（0.01%）。

00Cr9Ni25Si7（Nicrofer 2509 Si7）此钢系德国克虏伯公司发展的。钢中铬量仅9%，远低于一般奥氏体不锈钢的铬量（17%-18%），其目的是为了使此种高硅钢具有可接受的热加工

性。由于钢中硅量高，故此钢仍具有不锈性。同时，高镍量也可使此钢在高硅量条件下获得稳定的奥氏体组织，但镍量太高，会有Fe5Ni3Si2金属间化合物析出而使钢的性能恶化。此钢的强度比4%Si钢高，但是延伸率仍可高达70%，这有益于板式换热器的冷加工的成形。00Cr9Ni25Si7钢的耐浓硫酸性能的等腐蚀图见图6，结果是令人满意的。

图6 几种不锈钢在浓硫酸中的等腐蚀图

00Cr11Ni22Si6Mo2Cu（SS-920）是20世纪九十年代国内开发的耐高温，高浓度硫酸用奥氏体不锈钢，除高硅外，还含2%Mo和1%Cu，以便更适用于硫酸用途。此钢的力学性能、耐蚀性、冷成型性和焊接性等与前述00Cr19Ni25Si7钢有许多类似之处。此钢具有良好的耐高温、高浓度硫酸腐蚀性能，高塑性，较好的冷成型性；但焊接性能也较差，必须采用激光焊且焊后需固溶处理，才能保证钢的综合性能。图7是此钢在≥90%浓硫酸中的耐蚀性。