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(yīng)用。我國60年代以來曾發(fā)展過一些無鎳Cr-Si系不銹鋼,共同缺點(diǎn)仍是脆性。但高硅(通常含2~4%Si)奧氏體不銹鋼卻具有優(yōu)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(xué)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。基本上屬于不銹耐熱(抗氧化)鋼范疇。自60年代以來,直接合成濃硝酸(98%HNO3)工業(yè)的普及發(fā)展和18-8型奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕問題的日益突出,高硅奧氏體不銹鋼獲得迅速發(fā)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(yīng)力腐蝕作用不大;只有超過2%Si,才能完全消除非敏化態(tài)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(jìn)硅化物形成和使敏化態(tài)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(fù)雜。如在強(qiáng)氧化介質(zhì)和其它成分控制合理的條件下,若<0.10%Si時(shí),可基本消除敏化態(tài)、顯著改善非敏化態(tài)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(nèi),正是非敏化態(tài)晶間腐蝕最嚴(yán)重的敏感區(qū)(參見圖1-2-6)。對于強(qiáng)氧化性介質(zhì),如98%濃硝酸,幾乎所有的不銹鋼均由于介質(zhì)過強(qiáng)的氧化能力和鋼的過鈍化現(xiàn)象而不耐腐蝕,即使非敏化態(tài)(固溶態(tài))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(tài)晶間腐蝕。但是,隨著硅含量的提高(如通常的4%Si時(shí)),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(tài)晶間腐蝕”。這里所講的并不是由于貧鉻區(qū)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(wěn)定化元素形成G相、TiC(NbC)、鐵素體和σ相時(shí)也會(huì)發(fā)生選擇性腐蝕。在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中發(fā)生的這種晶間腐蝕(其機(jī)理仍可進(jìn)一步探討),嚴(yán)重阻礙了高硅奧氏體不銹鋼的推廣應(yīng)用。
我國于60年代末,開始發(fā)展耐濃硝酸腐蝕用高硅奧氏體不銹鋼。通過查明其產(chǎn)生敏化態(tài)晶間腐蝕的原因,采取嚴(yán)格控制碳、磷等(甚至達(dá)高純級(jí)),適當(dāng)降低鉻或添加鈮(在高硅鋼中同鈦的作用機(jī)理不同)等綜合改善途徑,使之獲得了較好的解決。采用機(jī)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(yīng)用。因含有4%硅,均具有優(yōu)良的抗氯化物應(yīng)力腐蝕性能(31)。同時(shí),我國于70年代初,還開始發(fā)展專門針對耐應(yīng)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。總之,高硅奧氏體不銹(耐酸)鋼近20多年來發(fā)展迅速,并日益獲得推廣應(yīng)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(yīng)力腐蝕以及點(diǎn)腐蝕性能。硅含量過高也不利,我國多為4%Si,應(yīng)用最廣的為00Cr14Ni14Si4(簡稱C4)鋼。