奧氏體不銹鋼是克服馬氏體不銹鋼耐蝕性不足以及鐵素體脆性大而發展起來的鋼種。以鉻和鎳為主要合金元素的奧氏體不銹鋼耐蝕性高,而且塑性好,易于加工成形,具有良好的可焊性、低溫韌性和無磁性等性能,是最重要的也是目前應用最廣泛的不銹耐酸鋼,約占不銹鋼總產量2/3。鋼號也最多,當今我國常用奧氏體不銹鋼的牌號就有40多個,并已有33個牌號納入國家標準。
這類鋼的基本成分是18%~25%鉻,8%~20鎳,低碳,也含有少量的銅、鈮、鈦等。由于鋼中含有較多的鉻、鎳元素,因而可使其在室溫下具有奧氏體組織。當鋼中碳含量極低時,在室溫呈單相奧氏體組織。
按照維持合金奧氏體基體所采取的合金化方式,奧氏體不銹鋼可分為鉻鎳不銹鋼和鉻錳不銹鋼兩大系列。前者以鎳為主要奧氏體化元素,是奧氏體不銹鋼的主體;后者的奧氏體化元素除錳之外,還有氮,并常常含有適量的鎳,因此這一系列多被稱為鉻錳氮不銹鋼或鉻鎳氮不銹鋼。
與鐵素體、馬氏體不銹鋼及鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼相比,鉻鎳奧氏體不銹鋼在多種腐蝕介質中具有優秀的耐蝕性,并且綜合力學性能良好,同時工藝性能和可焊性能優良,因而在多種化學加工及輕工等領域獲得最廣泛的應用。奧氏體不銹鋼的非鐵磁性和良好的低溫韌性也進一步擴大了其應用范圍,但是鉻鎳奧氏體不銹鋼強度、硬度偏低,不宜用于承受較重負荷及對硬度和耐磨性有要求的設備或部件。而鉻錳氮(鉻錳鎳氮)奧氏體不銹鋼由于氮的固溶強化可以達到相當高的強度,適宜用于承受較重負荷而耐蝕性要求不太高的設備構件。
若奧氏體不銹鋼中含碳量較高,緩冷后,組織中會出現少量的碳化鉻。隨著含碳量增加,碳化鉻量增加,從而減少了奧氏體中的鉻含量,使鋼成為兩相,嚴重地削弱了鋼的耐蝕性。因此工業上用的鎳鉻奧氏體不銹鋼的含碳量均較低。其含碳量一般控制在0.1%左右,有的甚至控制在0.03%以下。
1. 奧氏體不銹鋼的主要缺點如下:
1. 不能熱處理強化
這類鋼經固溶處理后強度很低,為了提高其強度可以進行冷變形,劇烈的冷變形能使鋼的強度大大提高。這是由于加工硬化和形變誘發馬氏體轉變所致,但塑性和抗蝕性顯著降低。
2. 切削加工性很差
這類鋼加工硬化現象很嚴重,是切削強度顯著增加。另外熱導率很低,使刀具溫度迅速升高。而且韌性很大,使切削不易剝離,從而縮短了刀具壽命,增加了加工工時,降低了零件表面的光潔度。
3. 奧氏體不銹鋼存在晶間腐蝕問題
當溫度升高到450℃~800℃時,會從飽和的奧氏體中嚴晶界產生貧鉻區。當析出時間不太長時,由于鉻的擴散速度較慢,貧鉻區得不到恢復,使晶界附件的鉻含量低于11.7%,因而耐蝕性能顯著下降。