鐵素體不銹鋼是指鉻含量11%~30%,具有體心立方體晶體結構,在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。鐵素體不銹鋼耐蝕性方面的主要特點是耐氯化物應力腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕性能優(yōu)良。鐵素體不銹鋼的強度高,而冷加工硬化傾向低,導熱系數(shù)為奧氏體不銹鋼的30%~50%,線膨脹系數(shù)僅為鉻鎳奧氏體不銹鋼的60%~70%。但鐵素體不銹鋼(特別是含量大于16%的鐵素體不銹鋼)存在一些缺點和不足,突出地表現(xiàn)在它們的室溫、低溫韌性差,缺口敏感性高,對晶間腐蝕比較敏感,而且這些缺點隨鐵素體不銹鋼截面尺寸的增加和焊接熱循環(huán)的作用更加強烈地顯示出來。
鐵素體不銹鋼一般不含鎳,或者有的僅含少量的鈦、鈮或錳等元素,所以價格較鉻-鎳奧氏體不銹鋼低廉。雖然鐵素體不銹鋼能夠節(jié)省大量的鎳,并且還有優(yōu)良的局部抗腐蝕性能等諸多優(yōu)點,但是自問世近70多年來,與奧氏體不銹鋼相比,其用途是非常有限,產量也比較低。
這是由于為了貨到鐵素體組織,必須盡量減少奧氏體形成元素,增加鐵素體形成元素。故一般鐵素體不銹鋼碳含量較低,鉻含量較高。這就決定了其力學性能的特點是強度較低,韌性較差,應盡量不用于高壓力的容器制造。鐵素體不銹鋼主要適用于氧化性介質,在還原性介質中耐腐蝕性差,當出現(xiàn)腐蝕和晶間腐蝕,則會引發(fā)應力腐蝕開裂。鐵素體不銹鋼廣泛應用與硝酸、硝銨、維尼綸生產中的吸收塔、換熱器、儲罐以及閥門、泵等零件中。
進幾十年的研究發(fā)現(xiàn),鐵素體不銹鋼的室溫、低溫韌性差,缺口敏感性高,主要原因是碳、氮等間隙元素的存在。20世紀70年代以來,隨著不銹鋼精煉技術的發(fā)展,AOD、VOD、(包括SS-VOD,即強烈攪拌的VOD工藝)、真空冶煉和連續(xù)電子束爐冶煉等工藝的出現(xiàn),已能使鋼中碳、氮含量控制得很低,高純鐵素體不銹鋼和超高純鐵素體不銹鋼的生產也變?yōu)榱丝赡?,使該類不銹鋼的上述缺點和不足得到了一定程度的克服。而且通過近些年的努力,科研人員進一步發(fā)展了許多新的可焊性能好,加工性能優(yōu)良的鐵素體不銹鋼,這一切都為鐵素體不銹鋼在耐苛刻介質腐蝕、耐氯化物腐蝕的點腐蝕和縫隙腐蝕等應用、方面的大量推廣奠定了良好的基礎。
至今對高純鐵素體不銹鋼和超高純鐵素體不銹鋼的界限和分類方法還有統(tǒng)一的說法。最有代表性的是:把碳加氮的總含量大于0.05%的鐵素體不銹鋼稱為普通鐵素體不銹鋼; 把碳加氮的總含量小于0.05%的鐵素體不銹鋼稱為高純鐵素體不銹鋼;把碳加氮的總含量小于0.015%的鐵素體不銹鋼稱為超高純鐵素體不銹鋼。也有人把碳加氮的總含量小于0.015%的鐵素體不銹鋼稱為高純鐵素體不銹鋼;把碳加氮的總含量小于0.015%,且高鉻、錳含量的鐵素體不銹鋼稱為超高純鐵素體不銹鋼,前一種說法為多數(shù)人接受。
高純鐵素體不銹鋼韌性大大提高,脆性轉變溫度可達-40℃~-60℃,耐腐蝕性能也有大的提高;超過純鐵素體不銹鋼耐腐蝕性能更是得到了很大提高。碳加氮的總含量即使很低,仍有不足,為了防止鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕,鋼中碳加氮的總含量應小于0.005%~0.007%,顯然,在工業(yè)生產條件下是相當困難的,即使能達到,成分也非常高。