在奧氏體不銹鋼中,鈦和鈮主要是作為穩(wěn)定化元素加入的,以防止敏化態(tài)晶間腐蝕的發(fā)生。鈦和鈮與碳的親和力遠(yuǎn)大于鉻,加入到奧氏體不銹鋼中優(yōu)先與碳結(jié)合成TiC或NbC,防止或減少M(fèi)23C6型碳化物的形成,從而防止敏化態(tài)晶間腐蝕的發(fā)生。以加鈦或鈮的方法防止奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕,必須使鋼中全部碳都能與之結(jié)合成碳化物,可以計(jì)算出所需的鈦、鈮含量分別為碳含量的3.99或7.78倍。此外,還應(yīng)考慮鈦或鈮與其他元素的作用,它們與氧和氮的親和力也很大,實(shí)際應(yīng)用中必須將這些因素考慮進(jìn)去。目前標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼中的鈦加入量為5(wc~0.02)%~0.8%或5wc~0.7,鈮的加入量應(yīng)不少于10wc,式中0.02%是指室溫下奧氏體中最大溶解的碳含量。生產(chǎn)中通常采用控制wTi/wc的方法以保證18Cr-8Ni奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕的性能,控制wTi/wc≥5.0~5.5便可得到滿意的結(jié)果。為了充分發(fā)揮鈦和鈮在奧氏體不銹鋼中穩(wěn)定碳的效果,要求在固溶處理之后,進(jìn)行穩(wěn)定化處理(圖9.53)。
向一些鉻鎳奧氏體不銹鋼中加入鈦,給鋼的生產(chǎn)、加工、性能和應(yīng)用帶來一些困難和問題,主要是口:鈦的加入使鋼的黏度增加,流動(dòng)性降低,給鋼的連續(xù)澆鑄帶來困難;模鑄時(shí)使鋼錠、鋼坯表面質(zhì)量變壞,大大增加冶金廠的修磨量,顯著降低鋼的成材率,提高了鋼的生產(chǎn)成本;鈦加入后,由于TiN等非金屬夾雜物的形成,降低了鋼的純潔度,使鋼的拋光性能變差,這些夾雜常成為點(diǎn)蝕源而降低鋼的耐蝕性;含鈦的不銹鋼焊后在介質(zhì)的作用下,沿焊縫熔合線易出現(xiàn)“刀狀腐蝕”,引起焊接結(jié)構(gòu)設(shè)備的腐蝕破壞。
刀狀腐蝕是指含鈦、鈮的鉻鎳奧氏體不銹鋼焊接后,在焊縫與母材交界處很窄的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的一種嚴(yán)重腐蝕,而母材和焊縫本身則腐蝕輕微。冶金廠生產(chǎn)的含鈦或鈮的鉻鎳奧氏體不銹鋼在出廠前一般經(jīng)過920(980)~1150℃的固溶處理,此時(shí)鋼中的鈦或鈮大都以TiC或NbC的形式存在,但經(jīng)焊接后,與焊縫相鄰的高溫(≥1150℃)狹窄區(qū)域內(nèi)的TiC或NbC就會(huì)分解而溶入奧氏體基體中。在隨后的冷卻過程中,焊縫相鄰的高溫區(qū)通過850~450℃這一敏化溫度范圍時(shí),會(huì)有大量Cr23C6沿晶析出,導(dǎo)致晶界鉻的貧化,在介質(zhì)的作用下便會(huì)出現(xiàn)刀狀腐蝕,亦稱刀線腐蝕。
自從AOD、VOD等爐外精煉技術(shù)的出現(xiàn)和普及,生產(chǎn)免于或降低敏化態(tài)晶間腐蝕傾向的低碳和超低碳奧氏體不銹鋼已沒有任何困難。自20世紀(jì)60年代末到70年代初,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家鉻鎳奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)完成了由以含鈦鉻鎳奧氏體不銹鋼為主向以低碳和超低碳為主的轉(zhuǎn)變,含鈦鋼在其產(chǎn)量中的比重僅為1%~2%。我國(guó)含鈦鉻鎳奧氏體不銹鋼的產(chǎn)量在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)占鉻鎳奧氏體不銹鋼的90%以上,近年這種狀況已有很大變化,在2007年制定的不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)中已取消了1Cr18Ni9Ti等一些含鈦的鉻鎳奧氏體不銹鋼。