硅是主要的耐蝕合金元素之一。如高硅鑄鐵,耐蝕性雖好,因太脆影響其應用。我國60年代以來曾發展過一些無鎳Cr-Si系不銹鋼,共同缺點仍是脆性。但高硅(通常含2~4%Si)奧氏體不銹鋼卻具有優良的綜合性能,有些(超低碳鋼)甚至不亞于18-8不銹鋼的力學性能。早期的奧氏體高硅不銹鋼,如25-20型、18-8型(AISI302B)等一般含2%左右的硅。主要目的是增加高溫抗氧化性能?;旧蠈儆诓讳P耐熱(抗氧化)鋼范疇。自60年代以來,直接合成濃硝酸(98%HNO3)工業的普及發展和18-8型奧氏體不銹鋼應力腐蝕問題的日益突出,高硅奧氏體不銹鋼獲得迅速發展。所謂高硅型,一般指硅含量大于2%,最高約6%左右。因低于2%Si,對抗高溫氧化性和抗應力腐蝕作用不大;只有超過2%Si,才能完全消除非敏化態晶間腐蝕(如在濃硝酸中)。但過高的硅含量,則加工性能惡化,促進硅化物形成和使敏化態晶間腐蝕等不良影響加劇。


  硅含量對Cr-Ni奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的作用比較復雜。如在強氧化介質和其它成分控制合理的條件下,若<0.10%Si時,可基本消除敏化態、顯著改善非敏化態晶間腐蝕。普通不銹鋼的一般硅含量多在0.7~1.0%的范圍內,正是非敏化態晶間腐蝕最嚴重的敏感區(參見圖1-2-6)。對于強氧化性介質,如98%濃硝酸,幾乎所有的不銹鋼均由于介質過強的氧化能力和鋼的過鈍化現象而不耐腐蝕,即使非敏化態(固溶態)的高純不銹鋼也無法避免晶間腐蝕。唯有硅含量高于2%的高硅奧氏體不銹鋼,才能完全消除非敏化態晶間腐蝕。但是,隨著硅含量的提高(如通常的4%Si時),降低了碳在奧氏體中的固溶度,即使采取超低碳也難以避免“敏化態晶間腐蝕”。這里所講的并不是由于貧鉻區引起的晶間腐蝕,而是敏化處理后因析出碳化物等造成的選擇性晶間腐蝕。在98%濃硝酸中,主要鈍化元素是硅而非鉻,貧鉻理論已不適用。高硅奧氏體不銹鋼中,因添加穩定化元素形成G相、TiC(NbC)、鐵素體和σ相時也會發生選擇性腐蝕。在強氧化性介質中發生的這種晶間腐蝕(其機理仍可進一步探討),嚴重阻礙了高硅奧氏體不銹鋼的推廣應用。


5.jpg


  我國于60年代末,開始發展耐濃硝酸腐蝕用高硅奧氏體不銹鋼。通過查明其產生敏化態晶間腐蝕的原因,采取嚴格控制碳、磷等(甚至達高純級),適當降低鉻或添加鈮(在高硅鋼中同鈦的作用機理不同)等綜合改善途徑,使之獲得了較好的解決。采用機械熱處理(改善添加鈮的高硅鋼中G相的分布)和微合金化方法,改善其熱加工等性能,使這種鋼獲得了推廣應用。因含有4%硅,均具有優良的抗氯化物應力腐蝕性能(31)。同時,我國于70年代初,還開始發展專門針對耐應力腐蝕的高硅(2%Si)奧氏體不銹鋼和高鎳(>20%Ni)奧氏體不銹鋼??傊?,高硅奧氏體不銹(耐酸)鋼近20多年來發展迅速,并日益獲得推廣應用。其鉻含量較寬,在8~25%,鎳為14~25%之間。高的硅含量提高在98%濃硝酸中耐全面腐蝕性能(在稀硝酸中正相反)和抗氯化物應力腐蝕以及點腐蝕性能。硅含量過高也不利,我國多為4%Si,應用最廣的為00Cr14Ni14Si4(簡稱C4)鋼。