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    鉻鎳奧氏體耐酸不銹鋼管雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是含鎳量比較高，鎳在世界范圍內(nèi)都是比較缺乏的金屬，因此促使人們研究和生產(chǎn)低鎳和無鎳的耐酸不銹鋼管，以解決缺少鎳的矛盾。許多國家從20年代即開始了低鎳和無鎳不銹鋼的研究，至50年代這一研究擴(kuò)大至更多的國家，而工作的重點(diǎn)則是以錳和氮來取代經(jīng)典的18-8型鉻鎳耐酸不銹鋼管中的鎳。

    迄今，研究和應(yīng)用的低鎳和無鎳奧氏體耐酸不銹鋼管，基本上可分為三種類型：僅以錳代鎳的簡單成分的鉻錳不銹鋼；在18-8鉻鎳鋼基礎(chǔ)上以錳或錳和氮代替部分鎳，仍保留一部分鎳的低鎳不銹鋼；以錳和氮取代全部鎳的無鎳的鉻錳氮不銹鋼。這三種類型的不銹鋼基本上反映了以錳和氮代鎳的發(fā)展過程，以下我們就按這個(gè)順序討論它們的性能和組織。

    以錳代鎳的簡單成分的鉻錳奧氏體不銹鋼的性能與組織

    關(guān)于錳穩(wěn)定奧氏體的作用，我們在第一章里已作了討論。用錳代鎳的奧氏體鉻錳鋼，開始時(shí)含鉻量均比較低，如Mn17Cr7Ti，Mn17Cr10V．Mn17Cr7MoV鋼等，是為了代替18-8鉻鎳奧氏體鋼作工作溫度為650℃的熱強(qiáng)鋼使用的，其中Mn17Cr7MoV鋼在650℃的持久強(qiáng)度每毫米8分鐘。因?yàn)樗鼈兊暮�鉻量低不能用作耐酸不銹鋼管，而提高鋼中的鉻量至耐酸不銹鋼所需的水平，卻碰到一系列的困難，其中最重要。的是僅以錳合金化的鉻錳不銹鋼，不能獲得純奧氏體的組織。

    圖6-1為Fe-Cr-Mn系合金相圖含鉻18%的截面。含錳大于3%的合金是由奧氏體和鐵素體組成的；不管加熱溫度如何，增加含錳量至30%，也不能獲得純奧氏體組織。只有在含鉻不超過12—15%和15%錳時(shí)，才能使含碳0.1%的鉻錳鋼自1000～1050℃迅速冷卻得到純奧氏體組織。當(dāng)含鉻量大于14～15%、一碳量小于0. 2%時(shí)，無論含錳多少也不能使鋼獲得純奧氏體組織。

可見，如使簡單的鉻錳不銹鋼得到純奧氏體組織，或者是降低含鉻量，或者是提高含碳量，而這兩種做法都是不利于鋼的耐腐蝕性能的。所以，雖然在國外也有用含0.1-0.2%碳、18%錳及9%鉻的鋼制造餐具，但實(shí)際上其含鉻量已降至不銹鋼所需的極限含鉻量以下了。

    鉻錳不銹鋼管的耐腐蝕性能，主要決定于鋼中的含鉻量，只有在鋼中的含鉻量接近于18-8鉻鎳奧氏體鋼的水平時(shí)，鉻錳鋼的耐腐蝕性能才接近于18-8鉻鎳奧氏體鋼。從圖6 4還可以看出鉻錳鋼的耐腐蝕性能，隨鋼中含錳量增加而降低，并且表現(xiàn)在含鉻低于10%時(shí)更為顯著。

    鉻錳奧氏體不銹鋼管，在500～800℃短期加熱以后，對晶間腐蝕很敏感。向鋼中加入穩(wěn)定碳化物的元素如鈦、鈮、鉭等，并不能降低鋼對晶間腐蝕的敏感性。相反，由于這些元素的封閉或縮小y區(qū)的作用，使鉻錳鋼獲得純奧氏體的極限含鉻量降低，增加鋼中的鐵素體數(shù)量。

    雖然鉻錳不銹鋼的機(jī)械性能可以接近或者超過18--8鉻鎳鋼的水平，如含15%鉻和15%錳的鋼，自1100～1200℃水冷后的機(jī)械性能可達(dá)：70-80公斤/毫米2，d=40～50%，aK= 20～30。但鉻錳不銹鋼在回火時(shí)，由于發(fā)生d-A的轉(zhuǎn)變而出現(xiàn)很大的脆性。

    由圖1可知，含鉻18%、含錳大于8%的合金，加熱至600—700℃范圍時(shí)即出現(xiàn)A相。與鉻鎳奧氏體不銹鋼不同的是，錳使鋼產(chǎn)生a相的極限含鉻量降低，并且Fe-Cr-Mn系的A相可溶解大量（達(dá)35%）的錳，在Fe-Cr-Ni系中，d相只能溶解約10%鎳。

    鉻錳不銹鋼中的A相是由組織中的鐵素體轉(zhuǎn)變而成的，其轉(zhuǎn)變過程是先由鐵素體中析出奧氏體，然后在剩余鐵素體中產(chǎn)生A相。

   鉻錳不銹鋼中A相的析出過程比鉻鎳不銹鋼管要強(qiáng)烈得多。通常在600-800℃加熱幾十分鐘或幾小時(shí)，即可因析出A相而使鉻錳鋼的性能發(fā)生重大變化。圖6-6為含18%鉻、15%錳的鉻錳不銹鋼，1100℃淬火后在700℃回火的機(jī)械性能變化。這種鋼淬火后的組織由59%的鐵素體與41%的奧氏體組成�；鼗�10分鐘，強(qiáng)度與塑性發(fā)生明顯降低，這是因?yàn)樵阼F素體與奧氏體相界上析出了碳化物，使鋼的塑性降低的同時(shí)，固溶體貧鉻而強(qiáng)度也降低。此后，隨著回火時(shí)間的延長，鋼的強(qiáng)度升高，塑性降低，至回火60分鐘后強(qiáng)度達(dá)到最大值，a由63.4提高到101.1公斤／毫米2，同時(shí)延伸率由50%降至1%，斷面收縮率由68.5%降至5. 3%。回火時(shí)鋼的性能的上述變化，都是由于鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>A相的結(jié)果。由于鉻錳鋼中A相轉(zhuǎn)變過程的迅速與強(qiáng)烈，甚至無法用沖擊韌性的變化來反映，因?yàn)樵诨鼗鸬某跗�，由�?/span>A相的析出已使鋼管的沖擊韌性降至很低的水平。

    基于上述幾方面的原因，簡單成分的鉻錳不銹鋼管，在工業(yè)中未能獲得廣泛應(yīng)用。雖然如此，由于對簡單鉻錳不銹鋼的研究，使人們掌握了許多以錳合金化不銹鋼的組織和性能變化的重要規(guī)律，從而為低鎳不銹鋼及鉻錳氮不銹鋼的研究和生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。

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