在奧氏體不銹鋼中,鈦和鈮主要是作為穩定化元素加入的,以防止敏化態晶間腐蝕的發生。鈦和鈮與碳的親和力遠大于鉻,加入到奧氏體不銹鋼中優先與碳結合成TiC或NbC,防止或減少M23C6型碳化物的形成,從而防止敏化態晶間腐蝕的發生。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合成碳化物,可以計算出所需的鈦、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,實際應用中必須將這些因素考慮進去。目前標準中規定,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便可得到滿意的結果。為了充分發揮鈦和鈮在奧氏體不銹鋼中穩定碳的效果,要求在固溶處理之后,進行穩定化處理(圖9.53)。
向一些鉻鎳奧氏體不銹鋼中加入鈦,給鋼的生產、加工、性能和應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,流動性降低,給鋼的連續澆鑄帶來困難;模鑄時使鋼錠、鋼坯表面質量變壞,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,這些夾雜常成為點蝕源而降低鋼的耐蝕性;含鈦的不銹鋼焊后在介質的作用下,沿焊縫熔合線易出現“刀狀腐蝕”,引起焊接結構設備的腐蝕破壞。
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域內產生的一種嚴重腐蝕,而母材和焊縫本身則腐蝕輕微。冶金廠生產的含鈦或鈮的鉻鎳奧氏體不銹鋼在出廠前一般經過920(980)~1150℃的固溶處理,此時鋼中的鈦或鈮大都以TiC或NbC的形式存在,但經焊接后,與焊縫相鄰的高溫(≥1150℃)狹窄區域內的TiC或NbC就會分解而溶入奧氏體基體中。在隨后的冷卻過程中,焊縫相鄰的高溫區通過850~450℃這一敏化溫度范圍時,會有大量Cr23C6沿晶析出,導致晶界鉻的貧化,在介質的作用下便會出現刀狀腐蝕,亦稱刀線腐蝕。
自從AOD、VOD等爐外精煉技術的出現和普及,生產免于或降低敏化態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60年代末到70年代初,工業發達國家鉻鎳奧氏體不銹鋼的生產和應用已經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變,含鈦鋼在其產量中的比重僅為1%~2%。我國含鈦鉻鎳奧氏體不銹鋼的產量在較長時間內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年制定的不銹鋼標準中已取消了1Cr18Ni9Ti等一些含鈦的鉻鎳奧氏體不銹鋼。