以不銹性,耐蝕性為主要特征,且鉻的質量分數至少為10.5%,其基體以體心立方晶體結構的鐵素體組織(α相)為主,有磁性,一般不能通過熱處理硬化,但冷加工可使其輕微強化的不銹鋼管,稱為鐵素體不銹鋼管。
鐵素體不銹鋼碳含量很低,是以鉻為主要合金元素的,w(Cr)=11%~30%在使用狀態下是以鐵素體組織為主的不銹鋼。此類鋼的單相組織在一定溫度范圍內加熱和冷卻時不發生相變,因此不能通過熱處理強化。該類鋼具有強磁性,其典型的鋼種是10Cr17,鐵素體不銹鋼按鋼中鉻含量的不同大致分為w(Cr)=11%~15%、w(Cr)=16%~20%和~30%三類。w(Cr)=21%~30%
鐵素體不銹鋼管除具有不銹性和耐一般腐蝕性外,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,是此類鋼耐蝕性的主要優點。
鐵素體不銹鋼管強度高,冷加工硬化傾向低,其熱導率高,為奧氏體不銹鋼管的130%~150%,而線脹系數僅為Cr-Ni奧氏體不銹鋼的60%~70%。與用量大的鉻鎳奧氏體不銹鋼相比,大部分鐵素體不銹鋼不含鎳,只有極個別的鐵素體不銹鋼含有少量的鎳(w(Ni)=1%),因而是一種節鎳不銹鋼。
但鐵素不銹鋼管自問世以來90年中,與奧氏體不銹鋼管相比,其用途是非常有限的,產量也比較低。這是因為鐵素體不銹鋼管,特別是w(Cr)>16%6%的鐵素體不銹鋼,其室溫、低溫韌性差,缺口敏感性高,對晶間腐蝕比較敏感,而且這些缺點隨鐵素體不銹鋼部件截面尺寸的增加、冷卻速度的變慢和焊接的熱影響而更加強烈地顯示出來。近年來,隨著冶煉新工藝的出現,鐵素體不銹鋼性能有所改善,發展了許多焊接性好,可加工性優良的鐵素體不銹鋼新品種。
鐵素體不銹鋼管在一定的溫度范圍內加熱和冷卻不發生相變,所以不能通過熱處理來強化。鐵素不銹鋼熱處理的目的,主要是為了消除因冷變形加工及焊接所產生的內應力,改善可加工性和獲得單一的鐵素體組織;其次是通過熱處理消除鑄件在凝固過程中產生的偏析,使其組織均勻化;再次,是為了消除焊接過程中所形成的相變產物和475℃脆性。
常用鐵素體不銹鋼管的熱處理方法為退火,退火溫度一般為650~850℃,最高退火溫度不超過850℃,主要是為了避免晶粒長大以及發生奧氏體相變,以致在快速冷卻時發生馬氏體轉變而不能達到軟化的目的。當溫度高于900℃時,還將使晶粒長大而使其變脆。退火保溫時間為1~2h,也可按材料厚度計算保溫時間(1.5min/mm)。
鐵素體不銹鋼管在退火后應快速冷卻(水冷或空冷),而且一定要縮短在370~550℃溫度范圍內的停留時間,特別是高鉻鐵素體不銹鋼管。如果在此溫度范圍內停留時間過長,很容易發生475℃脆性現象,即硬度增高,伸長率大幅度下降,甚至為零,同時鐵素體不銹鋼的耐蝕性也將降低。