奧氏體不銹鋼采用降低碳含量的方法,能克服敏化態(tài)晶間腐蝕敏感性等缺點,早已為人們所知。1932年在法國已經(jīng)出現(xiàn)含≤0.02%C的超低碳18-8不銹鋼,但大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn),則是在40至50年代氧氣煉鋼技術(shù)的應(yīng)用之后才實現(xiàn)。直至50年代末,世界上也只有少數(shù)特殊鋼廠能用電(?。t生產(chǎn)超低碳不銹鋼。1960年前后,美國和蘇聯(lián)分別將超低碳(美國≤0.03%C,蘇聯(lián)≤0.04%C)不銹鋼納入國家標(biāo)準(zhǔn)。我國于1964年至1965年開始用電(?。t工業(yè)生產(chǎn)超低碳(≤0.03%C)奧氏體不銹鋼。但因電爐冶煉超低碳不銹鋼的難度大、成本高等原因,仍受很大限制。60年代末爐外精煉技術(shù)的發(fā)展,如1968年美國AOD法精煉爐的首次投產(chǎn),為70年代超低碳不銹鋼的大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用開辟了嶄新的道路。
我國在80年代,由于爐外精煉設(shè)備的普及,超低碳不銹鋼已進入了大量推廣應(yīng)用的新時期。從而為采用低碳和超低碳不銹鋼取代已過時的1Cr18Ni9Ti等含鈦不銹鋼奠定了物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。
眾所周知,降低碳含量至碳在敏化溫度范圍奧氏體中的固溶極限以下,便可消除敏化態(tài)晶間腐蝕的傾向。但是,碳的固溶度及碳化物析出動力學(xué),受鋼種化學(xué)成分及加熱過程等多方面因素影響。實用上確定允許最高碳含量更為重要。如隨著鎳、硅等元素含量的增加,降低了碳的固溶度,促進了碳化物析出。故需要將碳含量控制在更低范圍內(nèi)。奧氏體不銹鋼中鉻和鎳的含量配比對不產(chǎn)生晶間腐蝕的臨界碳含量的影響示于圖1-2-3上。
避免出現(xiàn)晶間腐蝕的臨界碳含量不是絕對的,而是相對于具體鋼種成分、介質(zhì)條件、敏化溫度和加熱時間等因素。通過實驗可以測定具體鋼種的溫度、時間和敏化(晶間腐蝕)關(guān)系曲線,即所謂TTS曲線是十分有用的如圖1-2-4所示。可以根據(jù)實際需要,合理選擇與控制碳含量的級別和加工、焊接等工藝過程。例如,對18-8(非穩(wěn)定化)不銹鋼嚴格來說,一般碳含量≤0.015%時才能消除晶間腐蝕敏感性。但對只經(jīng)受短時間焊接受熱的鋼材而言,選用標(biāo)準(zhǔn)超低碳含量(≤0.03%),焊后也不進行熱處理,基本上可以避免第一、二代不銹鋼焊后出現(xiàn)的熱影響區(qū)和刀口腐蝕等缺點。實際上,對于不苛刻的受熱和腐蝕條件,采用低碳型(但應(yīng)控制碳小于0.05%以下)的鋼并非不可;對于苛刻條件或要求更高的情況,最好將碳含量控制在≤0.02%C以下??傊?,對于產(chǎn)生晶間腐蝕的強腐蝕環(huán)境中使用,一般應(yīng)選用超低碳奧氏體不銹鋼。最有代表性和通用性的鋼種,就是我國GB 00Cr19Ni11和00Cr17Ni14Mo2(相當(dāng)美國AISI 304L不銹鋼和316L不銹鋼)。也是第三代不銹鋼的典型代表。