鐵素體不銹鋼管一般不含鎳,主要合金元素是鉻,并含有相當低的碳,還常含有如鋁等鐵素體形成元素,可以保證鋼的組織主要是鐵素體。其鉻含量(質量分數)一般在12%~30%,碳含量(質量分數)大多低于0.12%。鐵素體不銹鋼除具有不銹性和耐局部腐蝕性之外,其耐氯化物應力腐蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕等局部腐蝕性能優良,這是鐵素體不銹鋼管的主要特點。
鐵素體不銹鋼管的主要缺點是室溫和低溫韌性差,缺口敏感性高,對晶間腐蝕比較敏感。這些缺點影響了鐵素體不銹鋼的廣泛應用,而且其產量也比較低。
近幾十年來,隨著冶煉新技術的出現,鐵素體不銹鋼的性能有所改善,發展了許多焊接性好,加工性能優良的新鋼種。在GB/T1220-92標準中鐵素體不銹鋼僅有8種,而在GB/T 20878-2007標準中鐵素體不銹鋼有18種。
在使用狀態下以鐵素體組織為主的不銹鋼管,鉻含量在11%~30%,具有體心立方晶體結構。這類鋼一般不含鎳,有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等元素,這類鋼具熱導率大、膨脹系數小、抗氧化性好、抗應力腐蝕優良等特點,多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。這類鋼存在有塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點,因而限制了它的應用。爐外精煉技術(AOD或VOD)的應用可使碳、氮等間隙元素大大降低,因此使這類鋼獲得廣泛應用。多用于建筑內裝飾、重油燃燒器部件、家庭用具、家用電器部件。
鐵素體不銹鋼是以Cr為主要合金元素,Cr含量在10.5%~30%范圍,C含量≤0.20%,大多數碳含量在0.12%以下。此類鋼具有體心立方晶格(即鐵素體)組織,有磁性。純鐵素體不銹鋼在加熱和冷卻過程中沒有相變,因此,無法通過熱處理方法使它強化。鐵素體應變硬化速度低并在冷作后降低塑性,因此,鐵素體不銹鋼也不靠冷作強化。在各類不銹鋼中,此類鋼熱導率最高,膨脹系數較小,此類鋼的耐蝕性隨鋼中Cr量增加而提高,隨鋼中加入Mo、Si、Al、Ti、Nb、S、Se等賦予鋼不同的特性。鐵素體不銹鋼有中等至優異的耐蝕性。如06Cr13Al(405),06Cr11Ti(409)耐大氣腐蝕,10Cr17(430)耐中等氧化性酸和有機酸腐蝕,019Cr19Mo2NbTi(444),16Cr25N(446)耐酸堿腐蝕,特別在氯化物介質中,在海水中有良好的耐局部腐蝕性。
鋼中C與N含量較高的所謂普通純度的高Cr([Cr]15%~16%)鐵素體不銹鋼,在化工防腐蝕的應用中,長期以來受到極大的限制,主要是由于它們的脆性轉變溫度高(在室溫以上)≥900℃加熱(如焊接)會出現晶粒長大引起的脆性和晶間腐蝕敏感性;在550~750℃和475℃左右長期停留會出現。相脆性和475℃脆性。但是近20年來,由于冶煉技術的發展,出現了低C、N([C+N([C+N](350~450)x10-6)×10-6)和超低C、N([C+N]≤300×10-6)以及高純 ([C+N]≤150×10-6)鐵素體不銹鋼。當鋼材截面尺寸選擇適宜(尺寸效應)和熱處理、冷卻速度控制正確(冷卻速度效應)時,鐵素體不銹鋼可以廣泛使用(包括焊接部件)而不會出現普通鐵素體不銹鋼所存在的問題。
鐵素體不銹鋼大致可分成三類。
①. 低鉻鐵素體不銹鋼
Cr含量為11%~14%鐵素體不銹鋼屬于此類,包括將碳量降至0.03%以下,以減少γ相的生成量的022Cr13(410L);碳量≤0.08%、加入0.2%A1的06Cr13A1(405);碳量≤0.08%、加入Ti的06Cr11Ti(409)和022Cr11Ti(409L)等。
06Cr11Ti和022Cr11Ti是低鉻鐵素體不銹鋼中的一種,鉻含量10.5%~11.75%。它們具有良好的成形性、經濟性、耐蝕性、抗氧化性等綜合性能。它們的典型用途是汽車排氣系統相關部件。
②. 中鉻鐵素體不銹鋼
Cr含量為14%~22%鐵素體不銹鋼屬于此類,包括僅含Cr的和添加Mo、Ti元素的10Cr17(430),022Cr18Ti(430L),019Cr19Mo2NbTi(444)等。
③.高鉻鐵素體不銹鋼
Cr含量23%~32%鐵素體不銹鋼屬此類,包括超低碳、氮和高純,添加Mo、Ti、Nb的不銹鋼管,如008Cr27Mo等。