鐵素體不銹鋼在加熱冷卻時都沒有α'γ'轉變,始終保持鐵素體組織。這類鋼含鉻量較高,為17%~28%,主要是作為熱穩定鋼,也可作為耐蝕鋼。鐵素體不銹鋼由于不含鎳,生產制造成本要比奧氏體不銹鋼低,但其熱穩定性和耐蝕性在有些情況下,比奧氏體不銹鋼還要好,特別是耐氯離子腐蝕。因此,大力推廣鐵素體不銹鋼的應用,不但可以降低成本,而且還能節約寶貴的鎳資源。這樣看來,使用鐵素體不銹鋼不僅可以節約鎳,而且還是在許多特殊使用環境中的最佳選材。
(0Cr11Ti)409不銹鋼、(022Cr11Ti )409L不銹鋼是低鉻鐵素體不銹鋼中的一種,鉻含量10.5%~11.75%。它們具有良好的成型性,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。
一、化學成分
(0Cr11Ti)409不銹鋼、(022Cr11Ti )409L不銹鋼的化學成分見表2-1。
Cr11Ti 不銹鋼由于含鉻低,低碳,氮又加Ti,所以在鐵素體不銹鋼中強度相對較低,延伸率相對較高。
四、耐蝕性
(0Cr11Ti)409不銹鋼、(022Cr11Ti )409L不銹鋼在比較弱的腐蝕環境中,如大氣和淡水中有著優異的耐蝕性。在含微量HCl的沸騰溶液中它們的腐蝕率較(0Cr13)410不銹鋼,(00Cr13)410L不銹鋼 低,也較0Cr17鋼低,有著較寬的耐酸界限,(見圖2-1)。在模擬汽車消音器冷凝液的環境下,鋼的腐蝕率隨Cr量增加而降低,當Cr≥11%,腐蝕率降到非常低(見圖2-2)。因此,(0Cr11Ti)409不銹鋼、(022Cr11Ti )409L不銹鋼已在現代汽車排氣系統中代替鍍Al鋼,得到廣泛應用。
五、抗氧化性
(0Cr11Ti)409不銹鋼、(022Cr11Ti )409L不銹鋼有著比軟鋼更為優異的高溫抗氧化性,斷續高溫使用溫度為815℃,連續使用為675℃。Cr11Ti鋼,由于含Cr量較低,在900℃大氣中100小時連續加熱通常會發生氧化,所以此鋼在過于苛刻的氧化條件不宜使用。圖2-3示出,在含3%水分1000℃氧氣氛圍中進行氧化試驗的結果。0Cr13(410不銹鋼)鋼5小時多就發生異常的氧化,氧化增量急劇增加,與之相比含0.2%Al的0Cr12(405不銹鋼)鋼初期氧化增量較低,而經過10小時后也加速氧化,圖中00Cr11Ti(Cr11.9%,Ti0.7%)材料較0Cr13Al(405不銹鋼),00Cr13(410L不銹鋼)抗氧化性好,而加入1.5%Si和加B鋼表現出最好的抗氧化性。
六、冷熱加工和熱處理
(0Cr11Ti)409不銹鋼、(022Cr11Ti )409L不銹鋼開始熱加工溫度為1100~1150℃,卷取溫度~600℃,熱軋帶坯在罩式爐退火830~870℃ 8小時。
冷軋帶在冷線或混線的連續退火酸洗線上處理,熱處理控制在860℃±10℃。
七、成型性
(0Cr11Ti)409不銹鋼、(022Cr11Ti )409L不銹鋼的成型性較奧氏體不銹鋼和軟鋼差些,但是在鐵素體不銹鋼中是最優異的。可進行相當程度的成型加工。評價沖壓成型有兩大要素,即深拉伸性和脹形性。
a. 深拉伸性
深拉伸性與鋼板的結構有關。022Cr11Ti,由于低碳,氮又加Ti,鋼板平行軋制面{111}較發達,因此y值較高,深拉伸性較好,圖2-4指出Ti含量對低C,NCr13鐵素體不銹鋼γ值的影響,Ti加入量為(C+N)的10倍以上時γ值最好。
b. 脹形性
脹形性是以延伸率和n值為指標的,它受鋼的合金元素的含量和純度的影響,Cr、C及其他元素含量愈低,純凈度愈高,脹形性愈好。低Cr鐵素體不銹鋼本質上Cr就低,對延伸率是有利的,因此以Cr11為基,再降低不純物元素含量并加入微量Ti,必然具有較好的脹形性并兼備極好的深拉伸性。
表2-3示出00Cr13(410L不銹鋼)、022Cr11Ti(409L不銹鋼)成型性試驗值,其成型性是良好的,特別是022Cr11Ti,γ 值,Eγ值 CCV 值及擴孔比都好。圖2-5給出022Cr11Ti、0Cr17鋼板的成形極限,022Cr11Ti比0Cr17大得多。
八、焊接性
(0Cr11Ti)409不銹鋼、(022Cr11Ti )409L不銹鋼一般可用各種方法焊接,如鎢極氬弧焊,金屬極氬弧焊,電阻焊,點焊等。如需填充金屬,建議用0Cr11Nb,焊接時輸入的熱量應該小些,避免晶粒過分長大,以免過分降低焊縫和熱影響區的塑性和韌性。0Cr11Ti,00Cr11Ti鋼有著較0Cr13Al、00Cr13鋼好的焊接性能。圖2-6示出0Cr11Ti(409),0Cr3A1(405),0Cr13(410)厚板用0Cr23Ni11(309)型焊條焊接,焊縫附近硬度的分布。0Cr11Ti焊縫附近,HAZ(熱影響區)硬度幾乎沒有變化,沒有馬氏體生成,僅由于高溫下單相鐵素體晶粒粗化,所以022Cr11Ti 不銹鋼厚板焊接加工時,應盡量減小輸入熱量,避免晶粒長大引起HAZ破裂。圖2-7示出板厚1.5mm焊接,焊縫附近硬度分布,022Cr11Ti(409L)焊縫金屬和熱影響區是鐵素體單相,硬度幾乎沒有變化,因此,薄板焊縫加工性能優異。圖2-8示出022Cr11Ti(409L)汽車排氣管高頻焊,焊縫附近硬度分布,焊縫中心由于加壓變形較周邊硬度略有升高。高頻焊與電弧焊不同,幾乎看不出溶融凝固處。高頻不銹鋼焊管性能示于表2-4,有著優異的延伸率和加工性,用作排氣管等加工無特殊困難。
九、用途
(0Cr11Ti)409不銹鋼在不銹鋼中耐蝕性和抗氧化性屬于較低水平,但是與軟鋼比較,它具有優異的耐蝕性、抗氧化性,成型性,良好焊接性,而且價格低廉,因此被廣泛應用于汽車排氣系統中,如消音器、尾氣管、觸煤轉換器的殼等。最近為提高排氣凈化效率和輕量化,原來使用鑄鐵制造的排氣管也使用(022Cr11Ti )409L不銹鋼。另外,貯藏器和冷水罐等焊接構件和器物也大量采用(022Cr11Ti )409L不銹鋼。還有煤氣燃燒噴咀等需深拉伸成形部件也大量采用(022Cr11Ti )409L不銹鋼。