所谓铁素体，是指铁和其它元素形成的体心立方晶格结构（BCC）的固溶体。对一般钢来说，通常是指碳与合金元素溶解在a-fe中的间隙固溶体，也称作a相 （磁性相）。铁素体的居里点为770℃，有磁性。从无碳Fe-Cr二元平衡相图可以确定，当铬含量超过12%的不锈钢，加热直至熔点均为铁素体（a相）组织，不会发生奥氏体相变，从而不能通过淬火热处理来强化。铁素体型不锈钢一般不含镍，主要合金元素是铬。这种钢含有相当低的碳，还常含有如铝等铁素体形成元素，可以保证钢的组织主要是铁素体。其铬含量一般在12-30%范围内；碳含量较低，大多数低于0.12%C，一般不超过0.25%C。代表钢种是409、430，其耐蚀性不如奥氏体不锈钢。

 

铁素体型不锈钢具有良好的抗氧化性介质（包括高温氧化在内）均匀腐蚀的能力。因含铬量告，总体看比马氏体型不锈钢耐蚀性强。同铬含量相当的铬镍奥氏体型不锈钢相近，但对非氧化性介质则较差，添加钼等有所改善，并提高热强性能。主要特点是：

 

(1)抵抗应力腐蚀开裂能力优越于奥氏体系不锈钢；

 

(2)常温下带强磁性(是铁磁性物质)；

 

(3)热处理不能硬化，具有优秀的冷加工性。

 

 

 

铁素体型不锈钢可分为普通类和高纯类，按铬含量又可分为低铬和高铬类。

 

1.普通铁素体不锈钢

 

A  12~14%Cr型（低铬类）

 

     只有在碳含量很低的情况下，12~14%Cr钢才属于铁素体型不锈钢。如00Cr12、0Cr13等。有的还加有少量强烈形成铁素体元素---铝的钢，如 0Cr13Al等。1Cr13钢已属于半马氏体型不锈钢。低铬铁素体型不锈钢综合性能良好，但耐蚀性不如高铬类。

 

B   16~18%Cr型（高铬类）

 

只有在碳含量低时，16~18%左右铬的钢才属于铁素体型不锈钢（一般不大于0.12%C）。如含碳量相当低或含有其它铁素体形成元素时，例如0Cr17Ti、1Cr17Mo等钢均为铁素体组织。随铬和碳相对含量变化，如1Cr17钢，当其铬低碳高时，也有一定的珠光体。碳含量高时，如7Cr17等钢已属于马氏体型不锈钢。总之，Cr17型不锈钢是否属于铁素体类型，主要取决于碳含量和添加铁素体形成元素。同时热处理对钢的组织、机械性能和耐腐蚀性能均有重大影响。一般热处理约为750-800℃，空冷。得到性能良好的组织。美标AISI 430（我国GB 1Cr17）是铬系不锈钢中产量最高，应用最普遍的一种。

 

C  25~30% Cr型（高铬类）

 

因铬含量很高，均为铁素体组织。在铬系不锈钢中是耐腐蚀性能和抗高温氧化性能最好的一类。但因高铬，普通铁素体型不锈钢的多种脆性等缺点更加突出和严重。

 

2. 普通高铬铁素体不锈钢存在的主要问题

 

A  脆性转变温度和缺口敏感性

 

含铬量超过15%的普通铁素体不锈钢（经正常热处理后），对缺口十分敏感，其脆性转变温度一般均高于室温。只在有缺口的前提下，才显示出室温脆性。随着铬含量的提高，或缺口的尖锐度增加，其脆性转变温度也明显升高；随温度升至870℃，其缺口敏感性才完全消失。造成高铬铁素体不锈钢的脆性转变温度高和对缺口高度敏感的主要原因是，钢中间隙元素，尤其是碳、氮和氧等含量较高，并与其化合物的沉淀有关。

 

B   475℃脆性和δ相脆性

 

一般来说，铁素体不锈钢加热至高温，基本上不出现奥氏体相变，因此难以经淬火形成马氏体产生明显强化。但是由低温到高温存在三个温度区间，经其处理后，强度、硬度明显提高，而钢的塑性和冲击韧性显著下降。通常，这是人们所不希望而极力要设法避免的。这里先介绍两种非高温的脆性：

 

（1）475℃脆性。含铬量超过12%以上的铁素体不锈钢，加热至340~540℃时，经一定时间后，钢的硬度增加，冲击（缺口）韧性显著下降。尤其是在475℃时，这种情况最为严重，故称为475℃脆性。通常，铬含量越高，缺口尖锐度愈大，揭示出这种脆性所需的保温时间愈短。超过15%铬的钢，才有较明显的硬化现象。

 

产生475℃脆性的基本原因已公认为是由于一种富铬（61~83%Cr）的a·相的沉淀析出所致。它具有体心立方晶格结构，无磁性。a·相的析出不仅带来脆性，而且显著降低钢的耐蚀性能。

 

由于a·相的析出-溶解过程是一种可逆过程，475℃脆性可以重新加热至540℃以上温度，并保温一定时间快速冷却至室温的办法消除。

 

（2）δ相脆性。根据Fe-Cr相图。根据Fe-Cr相图，当铬含量在15~70%的范围内，于500~800℃时存在δ相。他是一种金属间化合物，含铬42~50%，无磁性、具有四方晶格结构，属高硬度脆性相。δ相首先产生于晶粒边界，呈链网小岛形状。其形成速度比较缓慢，如含铬量小于30%的铁素体不锈钢在进行堆焊或铸造时，在能形成δ相的温度范围内通常没有足够的时间来形成δ相。只有足够时间保温才能形成δ相，使钢的硬度提高，却显著降低钢的塑性、缺口韧性及耐蚀性能。添加某些元素，如钼、硅等，可以扩大δ相区存在范围、使δ相区向低铬浓度方向移动，有利于δ相的形成。冷加工也会增大δ相的析出速度。提高铬含量将显著加速δ相的形成。

 

δ相的形成是可逆的。故可以通过重新加热至800℃以上温度，保温1h或更长时间，使δ相溶解后快速冷却至室温的办法消除。

 

   C  高温脆性

 

普通高铬铁素体不锈钢（间隙元素如碳、氮的含量在中等以上时），加热至950~1000℃以上，急冷至室温，其塑性和缺口韧性显著降低，称为高温脆性。若重新加热至750~850℃，可以恢复其塑性。这种高温脆性十分有害，进行焊接，在950℃以上等温热处理或铸造工艺过程中，均可能出现这种脆化，同时耐蚀性也显著降低。

 

已经查明和证实，产生高温脆性的基本原因是同碳、氮等间隙元素的碳、氮化合物在晶界和晶内位错上析出有关。降低钢中的碳、氮含量，减少甚至避免碳、氮化合物的沉淀析出（还同铬含量、热处理工艺有关。铬含量越高，其碳、氮溶解度愈低），可以大大改善高温脆性。高纯级高铬铁素体不锈钢在克服高温脆性方面已经取得良好效果。

 

此外，高铬铁素体不锈钢铸态晶粒十分粗大，只能通过加工轧制和适当温度下再结晶予以细化。但当加热超过950℃时（如焊接等），具有强烈的晶粒长大倾向。众所周知，粗大晶粒比相应细晶组织的塑性或韧性要差。高铬铁素体不锈钢材的厚度及晶粒尺寸因素对室温脆性存在影响。但是，高纯级（碳、氮含量极低）不锈钢，因其脆性转变温度已降得很低，晶粒尺寸对室温缺口韧性的影响也就不大了。板愈厚，要求控制碳、氮含量应愈低，才能保证必要的缺口韧性。

 

D 晶间腐蚀敏感性

 

普通高铬铁素体不锈钢在加热过程中存在造成475℃高温脆性、δ相脆性和高温脆性的三个脆化温度区。由于富铬的a`相、δ相或碳、氮化合物的析出等原因，不仅引起脆化，而且带来晶间腐蚀敏感性，使耐蚀性能显著降低。尤其是当温度超过900~950℃以上而后快冷时，具有十分敏感的晶间腐蚀倾向。即使在碳氮含量较低和象自来水这样弱的腐蚀条件下，经高温空冷或焊缝区也会发生晶间腐蚀。若重新加热至700~850℃左右热处理，其晶间腐蚀敏感性可以消除。

 

对普通高铬铁素体不锈钢经高温快冷后产生晶间腐蚀倾向机理的解释，主要是将解释奥氏体不锈钢晶间腐蚀的贫铬理论应用于铁素体不锈钢。从敏化温度和消除晶间腐蚀倾向温度来看，奥氏体型和铁素体型不锈钢正好相反。但本质相同，均是由于如富铬碳化物的析出造成其附近区贫铬引起。碳、氮在铁素体中的固溶度比在奥氏体中小的多，而铬在铁素体中的扩散速度比在奥氏体中大的多。中等以上碳、氮含量的高铬铁素体不锈钢，加热至约950℃以上，富铬的碳、氮化合物溶解于铁素体（固溶体）中。但在快速淬火冷却过程中，由于高度过饱和的间隙固溶体具有强烈析出倾向和在铁素体中碳、氮元素的扩散速度极快（比铬还快，比在奥氏体中快数百倍），经过中温时也难以阻止富铬碳、氮化物的快速析出（其沉淀析出温度一般认为在427℃至900℃之间）。当重新加热至700~850℃时，因铬的快速扩散增加了贫铬区的铬含量。虽有晶间析出物的存在，耐晶间腐蚀性能却良好。

 

综上所述，475℃脆性和δ相脆性，可通过800℃左右保温一定时间快冷予以消除。焊接或高温淬火，因经过其相应脆化温度区的时间短暂，一般来不及出现脆化。因此它们对制作焊接构件设备的威胁尚不大。而由于碳、氮等间隙元素含量高而引起的高温脆性和晶间腐蚀敏感性、脆性转变温度高和缺口敏感性大才是影响焊接、加工等性能、限制普通高铬铁素体不锈钢应用的主要障碍。故发展了新一代高纯级高铬铁素体不锈钢。它在经过焊接等高温过程后，具有良好的塑性和耐蚀性，其脆性转变温度一般均低于室温，从而大大扩大其应用范围。

 

 

3.高纯高铬铁素体不锈钢

 

早在50年代初，在试验室采用高真空极纯材料炼出含C+N＜0.01%、25%Cr的高纯铁素体不锈

 

钢，这种钢具有优良的室温缺口韧性。1969年美国首次采用CRP法（真空感应炉与电子束联合提

 

纯法）生产出C+N≤0.01%的EB26-1钢即ASTM  XM-27（我国于1975年试制成功），1979年日本采

 

用真空感应炉与真空自耗炉双联合工艺生产了高纯Cr18Mo2钢（我国于1980年采用真空感应炉生

 

产）。这是两类基本的具有代表性的高纯高铬铁素体不锈钢。

 

高纯高铬（16~30%Cr）铁素体不锈钢常含有1~4%的钼，以改善其耐非氧化性介质和点蚀、缝隙腐蚀等性能，对晶间腐蚀还起一定的延迟敏化作用。C+N总量的最大允许（临界）含量，随钢种成分和用途要求而异。为避免晶间腐蚀所需控制的临界含量比克服室温脆性更严格（更低）。高纯铁素体不锈钢在C+N总含量极低时，经焊接或高温固溶淬火处理后，可以消除晶间腐蚀敏感性（这与含中等以上碳氮含量的普通铁素体不锈钢不同，却同奥氏体不锈钢）。用贫铬理论可以解释这种表面似乎矛盾而本质相同的现象。但是，由于要求临界含量很低（一般高纯级的C+N≤0.01~0.015%），在大规模工业生产上不是难以实现，就是价格昂贵。如在某些情况下为完全克服晶间腐蚀，严格要求C+N应小于0.006%但仍存在冷却速度效应和尺寸效应。除继续采用大型真空感应炉生产外，已逐渐更多地采用炉外精炼技术和适当放宽控制含量，并辅以运用稳定化原理，添加钛、铌元素等。发展了超低碳氮（C+N≤0.035~0.045%）高铬铁素体不锈钢。在一定程度上能克服普通铁素体不锈钢的某些缺点和不足。如控制掌握好钢材截面尺寸、热处理冷却速度和焊接工艺，是可以广泛使用的。我国于1982年已采用炉外精炼方法批量生产低碳氮和超低碳氮铁素体不锈钢，获得广泛应用。