铁素体不锈钢

铁素体不锈钢（400系列）是一类具有体心立方晶体结构的不锈钢材料，其主要特性和应用如下：

 详细介绍

铬含量12%～30%，在高温和常温下均以立方晶系的铁素体为基体组织的不锈钢。这类钢一般不含镍，有的含有少量、钛或等元素，具有良好的抗氧化性，耐蚀性和耐氯化物腐蚀破裂性。铁素体不锈钢根据铬含量可分为低铬、中铬和高铬三类，根据钢的纯净度，特别是碳、氮杂质含量又可分为普通铁素体不锈钢和超纯铁素体不锈钢。普通铁素体不锈钢有低温和室温脆性，缺口敏感性及较高的晶间腐蚀倾向，焊接性较差等缺点，虽然这类钢发展的较早，在工业应用一直受到很大限制。普通铁素体不锈钢的这些不足，与钢的纯净度，特别是与钢中碳、氮等间隙元素的含量较高有关。只要钢中碳、氮足够低，例如不大于150×10～250×10，基本上可克服上述缺点。20世纪70年代后由于冶炼技术特别是真空冶金和二次精炼工艺的发展，已能生产出碳+氮≤150～250×10的高纯铁素体不锈钢，使这类钢在工业上获得了广泛应用。导热系数大膨胀系数小抗氧化性好抗应力腐蚀性能优良

分类

高纯铁素体

铬铁素体不锈钢（含铬约11%～14%）：

具有良好的韧性、塑性、冷变形性和可焊性。

含有铬和铝，提供了较好的抗氧化性和不锈性。

应用实例：AISI 405用于石油精炼塔、蒸汽涡轮机叶片等；AISI 400适用于家庭和办公室用具；AISI 409用于汽车排气系统和水管。

高铬铁素体不锈钢（含铬量19%～30%）：

拥有良好的抗氧化性能。

应用实例：AISI 442适用于高温环境下的间歇使用，上限温度可达1035℃；AISI 446具有更优异的抗氧化性。

耐蚀性

铬在铁素体不锈钢中起到关键作用，当铬含量达到12%以上时，即使在大气环境中也能形成自钝化层，提供良好的耐腐蚀性。

晶间腐蚀：

铁素体不锈钢在经过925℃以上的温度急冷后，可能会产生晶间腐蚀，这是由于碳化物在晶界析出导致贫铬现象。

通过在650～815℃进行短时间回火处理，可以消除晶间腐蚀的敏感性。

降低钢中的碳、氮含量，并添加钛、铌等元素，可以有效减少晶间腐蚀的风险。

点蚀和缝隙腐蚀：

铬和钼是提高铁素体不锈钢耐点蚀和缝隙腐蚀性能的关键元素。

随着铬含量的增加，氧化膜中的铬含量也随之增加，增强了膜的化学稳定性。

钼的存在有助于在活性金属表面上形成吸附层，抑制金属溶解，促进再钝化，防止腐蚀膜的破坏。

抗应力腐蚀破裂性：

铁素体不锈钢的结构特点使其在某些介质中，相比奥氏体不锈钢更耐应力腐蚀破裂。

这种特性使得铁素体不锈钢在特定环境下，如含氯化物的环境中，表现出更好的耐腐蚀性。

强化机制：

由于铁素体不锈钢不发生相变，因此不能通过热处理来强化。其强化主要依靠固溶强化，但由于铁和铬原子尺寸相近，固溶强化效果有限。

退火处理：

铁素体不锈钢通常在700～800℃的温度范围内进行退火处理，以优化其微观结构和力学性能。

力学性能：

铁素体不锈钢的屈服强度和抗拉强度略高于低碳钢，但由于其延性较低，因此在成型和加工时需要特别注意。

脆性问题：

室温脆性：普通铁素体不锈钢对缺口敏感，脆性转变温度通常在室温以上。高铬含量会增加冷脆性。超纯铁素体不锈钢由于碳氮含量低，具有更好的韧性和较低的脆性转变温度。

高温脆化：当铁素体不锈钢加热至927℃以上并快速冷却时，其塑性和韧性会降低。这种脆化与碳（氮）化物在晶界或位错上的析出有关。通过降低钢中的碳氮含量可以改善这种脆性。

σ-相的形成：在500～800℃的温度范围内，铁素体不锈钢可能形成σ相，这会显著降低钢的塑性和韧性。因此，应避免在这一温度范围内长时间加热铁素体不锈钢。

晶粒粗化：

加热至927℃以上会导致铁素体钢晶粒粗化，进而降低塑性和韧性。

应用领域

铁素体不锈钢广泛应用于家用电器、汽车排气系统、建筑材料、厨房用具等领域。

参考资料

铁素体不锈钢.铁素体不锈钢.2024-09-03