在各类不锈钢中，以铬、镍为主要合金元素的奥氏体不锈钢，属耐蚀性和综合性能最好，也是最重要的不锈钢。它始终是产量最大，应用最广泛普及的一类，而其中的绝大部分属于18-8型钢。

 

1.18-8型奥氏体不锈钢

 

早在1909～1912年间，最初的Cr18Ni8(习惯称为18-8)奥氏体不锈钢获得专利权。

 

1912～1920年间相继开始工业生产。经典的（或称第一代）18-8钢，含铬约18%左右，添加有形成和稳定奥氏体的主要元素镍约8-10%，碳含量也较高。经1100℃左右固溶淬火处理后，室温下可获得纯奥氏体组织。它是奥氏体型不锈钢最基本最典型的的代表钢种，其它奥氏体型不锈钢均是在其基础上发展起来的。至今仍在大量生产的有，我国GB 1Cr18Ni9Ti和0Cr19Ni9(依此相当美国AISI302和304)等钢。后来，为克服晶间腐蚀敏感性，发展了稳定化奥氏体不锈钢（第二代），如我国GB1Cr18Ni9Ti(相当美国AISI321)钢和超低碳奥氏体不锈钢（第三代），如我国GB00Cr19Ni11(相当美国AISI304L)等钢。应当说明，目前通常泛称的18-8（型）钢，已不局限于经典的第一代18-8钢。一般来说，它包括了不同等级碳含量或添加钛等稳定化元素的18-8奥氏体不锈钢。此外，在18-8钢基础上添加2%左右钼的奥氏体不锈钢，也常称作18-8Mo钢，如我国GB0Cr18Ni12MoTi、00Cr17Ni14Mo2(相当AISI316L)钢等。这些18-8类钢均属常用（或通用）的大量生产钢种。

 

为了获得纯（单一或完全）奥氏体组织和改善耐蚀性能，在提高铬、钼等铁素体形成元素的同时，必须相应增加镍等奥氏体形成元素的含量。对具体钢种所需添加的最低镍含量，应高于下列经验公式计算值（高温快冷后的组织）

 

Ni（%）=1.1(Cr+Mo+1.5Si+1.5Nb)-0.5Mn-30C-8.2

 

公式中元素符号表示其在钢中的相应含量（%）。但此公式不能代替实际铁素体评级来使用。通常18-8类钢的镍当量并不充分。如果具体成分配比和加热过程（或热处理）掌握不当等，往往出现一些铁素体。这会给热加工等性能带来不良后果。如铬较高而镍偏低，或加热温度过高和碳含量很低等，均会导致铁素体的形成。高纯（级）18-8钢，因碳和氮含量极低，也必须相应提高镍含量以保持奥氏体组织。总之，应尽量避免和减少形成a(δ)相。因此，现代18-8钢已适当提高镍含量（一般约17~20%C日、Ni含量在8~14%左右）。高纯不锈钢的镍含量更高些。

 

2.特性

 

铬镍奥氏体不锈钢之所以获得广泛的应用，是因为它具有一系列优良的综合性能和以下

 

特点：

 

（1）一般来说，奥氏体不锈钢含有高的铬（如17~26%）、镍（如8~25%）含量，组

 

织为奥氏体。与其它类不锈钢相比，是耐蚀性最好的一类。并可在相当宽的范围内，通过添加其它多种元素，如2~4%的钼或硅等，来调整和改善在氧化性、非氧化性和各种强腐蚀介质条件下的耐蚀性能及其它特殊性能。

 

（2）奥氏体不锈钢与其他类不锈钢相比，最大特色是，即使在低温下仍具有优良的

 

韧性和塑性，容易进行各种复杂的冷、热变形，加工成各种变形材。生产工艺和产品质量容易控制并稳定。热处理简单，一般经1100℃左右较窄的温度范围（同具体钢种成分关系不大）固溶处理后交货。并具有优良的焊接性能。

 

     纯奥氏体不锈钢无磁性。不能通过相变，只能通过冷加工而强化。与铁素体钢相比，其导热率低而线膨胀系数大。主要缺点是镍价格昂贵。

 

奥氏体不锈钢在使用中的主要危险是局部腐蚀，如18-8等某些钢种对应力腐蚀较敏感。回顾奥氏体不锈钢的发展过程，均与晶间腐蚀密切相关，并在很大程度上决定其分类。

 

3.敏化态晶间腐蚀

 

早在20年代，18-8钢刚开始应用不久，就发现热处理和焊接对其耐腐蚀性能有很大影响。如不论何种原因引起经受480~850℃左右加热（常称敏化）后，在某些腐蚀环境下使用，会产生晶间腐蚀，甚至在极端情况下能变成粉末。这在当时已成为阻碍其发展的重大关键。

 

经典的（第一代）18-8钢，含碳量较高。因碳在奥氏体中的溶解度随温度有很大变化。如在1100℃左右，约可固溶0.08~0.15%C。而在敏化温度范围其碳的固溶度已低于0.02%C（各资料有所出入）。一般此类18-8钢的碳含量≦0.12%C（如1Cr18Ni9），当加热至1100℃左右进行固溶加热时，碳化物相基本熔解，碳固溶于奥氏体中。并将此固溶态经淬火速冷后保持至室温（碳达过饱和状态）。若再经敏化加热或焊接热影响，则沿晶界析出富铬碳化物（主要M23C6型）。30年代初，贝因等人提出著名的贫铬理论。他把敏化归因于在晶粒边界富铬碳化物的析出，引起晶界邻接区域的铬含量降至耐蚀性界限之下。这种存在晶界贫铬区的钢，称为具有晶间腐蚀倾向。在适当的介质条件下，就可能产生晶间腐蚀。贫铬理论能够解释敏化态晶间腐蚀的大多数情况，并为大量实验所证实。已是公认的晶间腐蚀经典理论。

 

已经敏化具有晶间腐蚀倾向的钢，可以采取重新固溶处理的办法予以消除。但这对于大型焊接（受热影响）设备等困难较大，一般只限于热处理炉能容纳的小件才有现实意义。因此，对第一代（如1Cr18Ni9等）的奥氏体不锈钢，大多适用于不需要焊接或已确知不会发生晶间腐蚀的环境条件下使用。如民品方面304.。应当区别，奥氏体不锈钢的固溶处理与普通钢的淬火处理不同。前者是软化处理，后者是淬硬（形成马氏体）。尽管习惯上常将固溶处理中的速冷也称“淬火”。

 

4.稳定化奥氏体不锈钢

 

A.稳定化原理

 

奥氏体不锈钢产生敏化态晶间腐蚀的根本原因，是由于钢中含有一定量的碳元素。如将

 

碳元素含量降至其固溶极限（饱和值）以下，基本上可以避免。限于生产工艺和冶炼水平，在相当长的一段时期，大多依靠加入稳定碳化物元素（（如同碳具有比铬更强亲和力的钛和铌），在较高温度下（约850~1150℃）形成稳定的碳化物（TiC或NbC），从而大大降低了奥氏体中固溶碳的浓度（含量），使钢在敏化温度（约480~850℃）加热时，很少有富铬碳化物（如M23C6）沿晶界析出。故比第一代奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性能获得明显改善。习惯上将此类钢称为稳定化（指稳定碳化物）奥氏体不锈钢。如1Cr19Ni9Ti钢。加入钛、铌稳定化元素的数量主要是与碳、也与氮的含量有关。一般Ti%≥6×C%；Nb%≥10×C%。但不宜过量。钛、铌不仅是铁素体形成元素；而且由于吸收了奥氏体中固溶的碳、氮形成稳定化合物造成的成分变化，均降低了奥氏体的稳定性，促进铁素体的形成。含钛钢的表面质量差，铌高易增加焊接热裂纹倾向等。

 

B．稳定化处理

 

预先热处理或机械热处理对稳定化不锈钢耐晶间腐蚀性能有很大影响。若选用一般固溶热处理温度，如1100℃，因远离TiC最佳或最快析出温度900℃，为达到充分稳定化效果（根据用途需要），应补充进行稳定化处理（一般在850~950℃范围保温数小时）。也有兼顾办法，采用一次热处理。如980℃，使Cr23C6溶解，TiC析出。热处理温度的选择同具体钢种、碳、钛等成分有关。

 

C．刀口腐蚀

 

TiC析出（通常多在晶内析出）后十分稳定，能保持至很高温度（1120~1150℃以上），到接近熔点时才大量溶解。当焊接时，在紧邻焊缝的母材狭小区域内，就出现TiC大量溶解。

 

 在随后冷却或多次焊接等，使之重新经受敏化加热（最敏感的温度为600~750℃），富铬碳化物（M23C6）沿晶界析出。在某些介质条件下，如65%沸腾硝酸，具有一定氧化性的尿素等溶液中，沿上述十分窄的敏化区发生晶间腐蚀。这种焊缝与母材融合线（紧贴焊缝的被焊母材一侧）处因腐蚀造成的沟槽，被称为刀口腐蚀。这是稳定化奥氏体不锈钢本质上所决定，难以克服的固有缺点。它同非稳定化（或称第一代）的奥氏体不锈钢焊接区敏化温度范围（距离焊缝稍远且较宽）发生的晶间腐蚀（被称为热影响区腐蚀）有区别，而且更危险。无论刀口腐蚀或热影响区的腐蚀，采用超低碳（也称第三代）奥氏体不锈钢均可避免。

 

5.超低碳奥氏体不锈钢

 

奥氏体不锈钢采用降低碳含量的方法，能克服敏化态晶间腐蚀敏感性等缺点，早已为人

 

们所知。降低碳含量至碳在敏化温度范围奥氏体中的固溶极限以下，便可消除敏化态晶间腐蚀倾向。但是，碳的固溶度及碳化物析出动力学，受钢种化学成分及加热过程等多方面因素影响。实用上确定允许最高碳含量更为重要。如随着镍、硅等元素含量的增加，降低了碳的固溶度，促进了碳化物析出。故需要将碳含量控制在更低范围内。奥氏体不锈钢中铬和镍的含量配比对不产生晶间腐蚀的临界碳含量的影响等。

 

   避免出现晶间腐蚀的临界碳含量不是绝对的，而是相对于具体钢种成分、介质条件、敏化温度和加热时间等因素。通过实验可以测定具体钢种的温度、时间和敏化（晶间腐蚀）关系曲线，即所谓TTS曲线是十分有用的。可以根据实际需要，合理选择与控制碳含量的级别和加工、焊接等工艺过程。总之，对于产生晶间腐蚀的强腐蚀环境中使用，一般应选用超低碳奥氏体不锈钢。最有代表性和通用性的钢种，就是GB00Cr19Ni11(304L)和00Cr17Ni14Mo2(316L)。也是第三代不锈钢的典型代表。

 

6.非敏化态晶间腐蚀

 

奥氏体不锈钢在固溶热处理后（即固溶态或称为非敏化态），晶粒间界并不存在富铬碳

 

化物等任何其它相的情况下，在某些特定介质条件中，也会发生晶间腐蚀。它与经热敏化后产生的所谓敏化态晶间腐蚀存在本质的区别，不应混淆。因为它发现较晚，并不如敏化态晶间腐蚀那样普遍。因此通常论及的晶间腐蚀，如未加说明，一般均指敏化态晶间腐蚀而言。

 

非敏化态晶间腐蚀主要发生在一些强氧化性介质中。最早于1949年在研究65%沸腾硝酸试验方法时被发现，并查明是因不锈钢腐蚀产物Cr+6离子的累计和加速腐蚀所造成（但当时的解释也仅限于此）。随着60年代原子能，尤其是后处理工业的发展，才重新引起重视。其试验方法一般采用沸腾硝酸-重铬酸盐溶液。最早是模拟高温水中含有少量Cr+6离子引起应力促进腐蚀破裂的试验环境而提出，随后用于研究存在Cr+6等氧化性离子的硝酸介质中。奥斯特和阿米欧等的研究确认，造成非敏化态不锈钢晶间腐蚀敏感性的原因，是由于钢中磷、硅等（即使很少量）在晶粒边界的偏聚。不少实验已经证实这种有害杂质的富集。这种解释，或称为溶质离析学说也在某种程度上得到人们认可。硅磷元素对非敏化态晶间腐蚀的影响克服途径是采取高纯型和高硅型两类奥氏体不锈钢来解决。

 

7.高纯奥氏体不锈钢

 

不锈钢的发展历史一再证明，微量的有害元素的存在或有益元素的添加，往往对耐腐蚀

 

等性能带来很大影响。例如，降低奥氏体不锈钢中的磷含量至一定水平，可以取得显著其抗非敏化态和敏化态晶间腐蚀、抗应力腐蚀和点腐蚀的良好效果。即使在原有钢种标准化学成分的范围内，根据不同用途和目的需要，如降低或从严控制某些杂质元素的含量，其耐腐蚀等性能可获得成倍、甚至数十倍的改善。采用高纯化（降低有害杂质元素）和微合金化（添加少量有益元素）的方法，改善各种性能，达到所谓最佳化的效果。这是新一代不锈钢的重要特点。

 

8.高硅奥氏体不锈钢

 

硅是主要的耐蚀合金元素之一。如高硅铸铁，耐蚀性虽好，因太脆影响其应用。高硅（通

 

常含2~4%Si）奥氏体不锈钢却具有优良的综合性能，有些（超低碳钢）甚至不亚于18-8钢的力学性能。早期的奥氏体高硅不锈钢，如25-20型、18-8型（AISI302B）等一般含2%左右的硅。主要目的是增加高温抗氧化性能。基本上属于不锈耐热（抗氧化）钢范畴。只有超过2%硅，才能完全消除非敏化态晶间腐蚀（如在浓硝酸中）。但过高的硅含量，则加工性能恶化，促进硅化物形成和使敏化态晶间腐蚀等不良影响加剧。

 

9.高钼奥氏体不锈钢

 

钼是不锈钢中常用的主要耐蚀合金元素之一。它促进不锈钢的钝化和耐腐蚀性能的提

 

高，尤其是在对铬的钝化作用不足的还原性介质和存在有氯离子的介质中。钼是提高不锈钢抗点腐蚀和缝隙腐蚀最重要的元素。与硅一样，钼属铁素体形成元素，促进σ相的形成。故在增加钼含量的同时，应相应提高镍含量。

 

奥氏体不锈钢，大体可以分为两个最主要体系，即Cr-Ni和Cr-Ni-Mo系。基本钢种为18-8

 

和18-8Mo型。大量生产和通用钢种的钼含量一般都不高，约为2~3%Mo。为了区别，可人为地将大于3%Mo的钢称为高钼型不锈钢。增加钼含量，虽在一定范围和介质条件下提高了耐腐蚀性能，却同时也增高了热强度（高温机械强度）和降低了热塑性，促进了δ相和(或)X相脆性倾向，带来加工性能的恶化。因此高钼型钢的钼含量一般不大于6%。

 

   高钼奥氏体不锈钢主要用于硫酸、磷酸和醋酸等有机酸以及海水等介质环境。除经典的20-25Mo型外，还有18-8Mo型等。一般含钼量为4~5%，最高达7%。采用控制有害杂质元素和复合添加微合金化的方法，使其耐蚀等性能在原有基础上得到了进一步改善和提高。

 

以铬为主要钝化元素的不锈钢，其优良的耐蚀性来自钝化膜的形成。在不含卤素离子的氧化性介质（典型代表为硝酸）中，铬很容易形成致密的的氧化物保护膜。但是，在还原性介质和含有氯离子的介质中，耐蚀性能显然不足，甚至发生严重腐蚀。在钢中添加钼有明显效果，对全面（均匀）腐蚀来说，如在硫酸中，18-8奥氏体不锈钢中只加入少量钼，便可减轻腐蚀。钼的作用是促进因铬引起的钝化，而加入铜的作用则是加强钼对Cr-Ni-Mo不锈钢的钝化。氮也起很好的作用。

 

10.铬锰奥氏体不锈钢

 

镍是形成和稳定奥氏体的主要元素，但属于较为稀缺和昂贵的金属。为此发展了以锰、

 

氮代镍的不锈钢。

 

铬锰奥氏体不锈钢，也称为节镍奥氏体不锈钢。可分为无镍和部分代镍两类。其奥氏体的形成和稳定化，主要依靠锰和氮来代替镍。

 

A Cr-Mn和Cr-Mn-N系奥氏体不锈钢

 

在大于15%Cr的铬锰钢中，不能只用增加锰量的办法来获得单相（纯）奥氏体组织。并且锰使σ相区的边界向含铬量较低的方向移动，会引起脆性，其形成过程比铬镍钢快的多。为了获得室温下纯奥氏体组织，只有在铬含量小于14~15%时，经过1100~1150℃固溶水淬后才能实现。

 

在Cr-Mn钢的基础上，加入0.25%以下的氮，即无镍Cr-Mn-N钢，也不能在铬含量高于15%时获得纯奥氏体组织。除非将氮含量提高至0.35~0.45%以上，这往往在铸锭中产生严重气泡。（一般普通18-8不锈钢的正常氮含量为0.03~0.06%，如在氩氧精炼时用部分氮代替氩气，则可达0.06~0.09%N）。

 

在5~14%Mn的Cr-Mn-N钢中，为在1150℃固溶处理温度下获得单相奥氏体组织所需要的C+N的最小含量与钢中铬含量的关系式为

 

     C+N=0.078（Cr-12.5）

 

式中 C、N和Cr均表示相应元素在钢中的含量，%；

 

   B  Cr-Mn-Ni和Cr-Mn-Ni-N系奥氏体不锈钢。

 

   当铬含量高于15%时，在Cr-Mn-N的基础上，加入少量镍，便可获得纯奥氏体组织。通常作为奥氏体形成元素的锰，当铬含量大于15%时，形成奥氏体的主要元素是氮和镍，而锰的作用是增加氮在钢中的溶解度和稳定奥氏体。

 

   此类钢为纯（单项）奥氏体组织时，无磁性。它具有较高的屈服强度和良好的深冲性能。添加铜可改善其冷变形性能。铬锰奥氏体不锈钢的耐蚀性主要取决于铬含量。即使含17~18%Cr的钢，在化学介质中一般仍不如18-8铬镍钢。但某些含钼钢在醋酸等有机酸或尿素介质中具有较好的耐蚀性能。铬锰奥氏体不锈钢的主要缺点是存在敏化态晶间腐蚀。因热处理不当或经焊接后，在某些介质中会产生晶间腐蚀。因此，其推广应用受到一定的限制。采用超低碳，可以改善耐晶间腐蚀性能。铬锰双相不锈钢比其奥氏体型钢的耐晶间腐蚀性能优良，但加工等生产工艺困难。

 

 

 

 

 

《完》