第二節　耐蝕不銹鋼

所謂耐蝕鋼是指在酸性、堿性、海水或潮濕大氣中不與酸、堿和氯離子等發生化學反應的鋼，此類鋼必須有穩定的、純凈的單一相組織，尤其是晶粒間界必須純凈，不可有其他元素的化合物，以免增大晶界的表面能而導致腐蝕，故通常要求耐蝕鋼含碳小于0.1％，一般的技術標準限定在0.08％以下，嚴格的技術標準限定在0.03％以下，視為超低碳。為了獲得穩定的單一相組織，借助擴大和穩定γ區的元素，Ni、Mo、Cu、N等與Cr、Si等元素的適當組合，而得到單一的奧氏體相，以形成一系列奧氏體型耐蝕不銹鋼；或借助縮小γ區元素的作用，如Cr、Si、Al等，形成鐵素體型耐蝕不銹鋼。一些特殊的合金元素有利于提高鋼材對于某些特定環境的抗腐蝕性，如Mo元素對于耐海水氯離子穿孔腐蝕的不銹鋼是不可缺少的。

一、奧氏體型和鐵素體型耐蝕不銹鋼

奧氏體型和鐵素體型耐蝕不銹鋼都可用于軋材或鑄件。當代各國除去本國的耐蝕鋼牌號標準外，國際通用的主要是美國鋼鐵協會（AISI）制定的標準牌號，公認為各國生產和國際貿易中的技術標準。AISI規定的不銹鋼牌號為200系列、300系列和400系列。表2-4列出了幾種典型的不銹鋼的合金元素百分含量。

AISI 200系列中各牌號均含有Cr，Mn，Ni，N元素，以保證得到奧氏體組織，屬于含鎳的奧氏體不銹鋼。300系列中特殊元素只含有Cr，Ni（其他元素含量一般），屬于含鎳高的奧氏體不銹鋼，廣泛用作板材和化工行業耐蝕件。400系列各牌號屬于高鉻無Ni或很少Ni的不銹鋼，具有鐵素體的顯微組織。分為可硬化（馬氏體）和不可硬化（鐵素體）兩類。各系列不銹鋼都有耐腐蝕和抗高溫氧化及大氣腐蝕的共性，故系統稱為不銹鋼，力學性能各有差異。

二、高綜合性能板條馬氏體不銹鋼

所謂高綜合性能是指強度、延塑性、硬度、耐蝕性、耐泥沙磨損、水流沖刷、大氣侵蝕等各種條件下構件用鋼。板條馬氏體不銹鑄鋼主要用于大、中型水力發電站水輪機組的過流構件，如葉片等。馬氏體組織的不銹鋼也需要Ni、Cr、Mo元素，唯獨不需特意加入Si、Mn、N元素。這類不銹鋼在正火熱處理空氣冷卻過程中，奧氏體轉變成板條狀馬氏體組織，在回火過程中板條馬氏體不是轉變成回火索氏體，而是有少數板條馬氏體反常地轉變成奧氏體，金屬學家把這種奧氏體稱為逆變奧氏體。這種轉變并未改變其天然的柔韌性，依然以其面心立方（FCC）晶系的特性而具有韌塑性。由于這種逆變奧氏體以點、塊狀分布在強度高、硬度高的板條馬氏體的板條束之間，這種雙相組合使材料具有良好的力學性能，同時在板條馬氏體和逆變奧氏體的晶格內熔有Cr、Ni、Mo等元素，有利于提高鋼的物理化學性能，所以此類鑄鋼的綜合性能很優越，很適于水輪發電機過流構件的工作條件，表現出耐蒸汽腐蝕及使用壽命長等特點。

典型的馬氏體不銹鋼0Cr13Ni4Mo（美國材料試驗協會ASIM的牌號CA6NM）的化學成分為：C≤0.06％，Mn≤1.0％，Si≤1.0％，Cr為11.5％～14％，Ni為3.5％～4.5％，Mo為0.4％～1.0％，拉伸強度σ_b≥754MPa，屈服強度σ_0.2≥549MPa，延伸率≥15％（標距2時≈50.8mm），斷面縮小率≥35％，沖擊功≥27.12J。

0Cr13Ni6Mo最早發明的目的是水輪機葉片專用鋼，我國包括葛洲壩水電站所用的葉片（單個毛重29t的葉片的琺瑯根部壁厚530mm處，需具有≥550MPa的拉伸強度）就是采用該鋼材，作者對比了相關鋼種（15 MnMoVCu，0Cr13NiMo，0Cr13Ni4Mo，0Cr13Ni6Mo，0Cr17Ni4Mo3Cu2）進行探針試驗，重點對0Cr13Ni4MoRE進行了系統的試驗研究，對板條馬氏體型不銹鋼取得了較全面的數據：0Cr13Ni4Mo（Re）和0Cr13Ni6Mo鋼都有良好的性能，試棒的拉伸強度（σ_b）≥750MPa，屈服強度（σ_0.2）≥560MPa，延伸率≥15％，斷面縮小率≥35％，沖擊功≥50J，布氏硬度（HB）為228～286，0Cr13Ni6Mo鋼的強度、硬度、沖擊韌性等同于0Cr13Ni4Mo（RE），唯延伸率、斷面收縮率略高于0Cr13Ni4Mo鋼。此類鋼的顯微組織中含有不同數量的逆變奧氏體，使鋼的力學性能略有差異，詳見表2-5。

經測定0Cr13Ni4Mo（RE）鋼的斷裂韌性優良。脆性轉變溫度（FATT）為-170～-100℃，焊接性能、抗氫脆和耐汽蝕性能亦很優越。用普通電弧爐熔煉45t超低碳0Cr13Ni4Mo鋼水，采用鉻礦砂鑄造，正火處理后即可制備出滿足水電站要求的合格葉片。經正火葉片本體切取的試樣進行檢測，結果（見表2-6）表明均已達到標準要求。其后，云南、福建等省其他的中型水電站都采用了0Cr13Ni4Mo（RE）鋼葉片以延長水輪機的運行周期。經過大量研究實踐，對0Cr13Ni4Mo鋼的Ni％取上限（4.5％），與0Cr13Ni5Mo（Ni0.45％～0.55％）成為最佳的成分組合。板條馬氏體不銹鋼代表性顯微組織照片（取向葉片）見圖2-2。