奥氏体不锈钢中添加钛元素的利与弊

当把铬镍奥氏体不锈钢加热至450-800℃温度区间时，经常出现沿晶界的腐蚀现象，这就叫做晶间腐蚀。通常来讲，晶间腐蚀其实就是碳元素从饱和的奥氏体金相组织中以Cr23C6形态析出，从而使得晶界处的奥氏体组织贫铬所致。所以避免晶界贫铬是防止产生晶间腐蚀的有效办法。



不锈钢中各元素按和碳亲和力高低排序，顺序是钛、铌、钼、铬和锰。可以看出钛和碳的亲和力大于铬，当把钛元素添加到钢中之后，碳会优先和钛结合形成碳化钛，如此就能有效阻止生成碳化铬及析出而形成的晶界贫铬，最终可以有效防止晶间腐蚀。



因为钛和氮能够结合形成氮化钛，钛和氧能够结合形成二氧化钛，因此钛元素的添加量有相应限制，在实际不锈钢生产中为避免晶间腐蚀，钛的添加量主要是0.8%左右。



为避免晶间腐蚀，含钛的不锈钢固溶处理后还一定要做稳定化处理。在固溶处理后奥氏体不锈钢获得单相奥氏体组织，但这个组织的状态并不稳定，当温度提升到大于450℃时，固溶体中的碳会逐渐以碳化物的形态析出，其中Cr23C6的形成温度是650℃，900℃是TiC形成温度。要避免晶间腐蚀就要降低Cr23C6含量，让碳化物完全以TiC形态存在。



因为钛的碳化物稳定性要高于铬的碳化物，当不锈钢加热至700℃之上时，铬的碳化物就会开始向钛的碳化物转化。稳定化处理是把不锈钢加热至850-930℃之间，保温1小时，这个时候铬的碳化物会完全分解，生成稳定的灰色或黑色的碳化钛，不锈钢的抗晶间腐蚀能力得以优化。此外，不锈钢中添加钛，在一定条件下还能够弥散析出Fe2Ti金属间化合物，提升不锈钢的高温强度。



不过钛元素也在不锈钢中也不是完全无害，有时钛也会危害到不锈钢的性能。比如容易存在TiO2与TiN等夹杂物，它们含量较高且分布不均匀，一定程度上减小不锈钢的纯净度；还会使得不锈钢铸锭的表面质量变差，导致工序修磨量增加，很容易造成废品；成品的抛光性能也不是很好，高精度表面的加工难度非常高。

总之，添加适量的钛元素可以有效防止不锈钢晶间腐蚀，提升高温强度，但是也需要注意钛元素可能导致夹杂物增加和表面质量降低的问题。对于不锈钢生产，需要在合理添加钛元素的前提下进行稳定化处理，以确保不锈钢的性能。
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奥氏体不锈钢中添加钛元素的利与弊