铁素体不锈钢

铬含量12%～30%，在高温和常温下均以体心立方晶格的铁素体为基体组织的不锈钢。这类钢一般不含镍，有的含有少量钼、钛或铌等元素，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^-6，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^-6的高纯铁素体不锈钢，使这类钢在工业上获得了广泛应用。

一般可分为普通铁素体不锈钢和高纯铁素体不锈钢两大类。

铁素体不锈钢普通铁素体

此类钢包括低、中、高三种铬含量。低铬铁素体不锈钢，含铬大约为11%～14%，如中国的00Cr12，0Cr13Al。美国的AISI400、405、406MF-2（见表）。此类钢具有良好的韧性，塑性，冷变形性及可焊性。由于钢中含有一定量铬、铝，因此有较好的抗氧化性和不锈性。405可用作石油精炼塔、槽衬里、蒸汽涡轮机叶片、耐高温硫腐蚀装置等。400用作家庭及办公室用具等。409用于汽车排气消音系统装置及冷、温水管等。中铬铁素体不锈钢，铬含量为14%～19%，如中国的1Cr17、1Cr17Mo。美国的AISI429、430、433、434、435、436、439。此类钢有着较好的耐锈性和耐蚀性。其加工硬化系数较小（n≈2），有着良好的深拉性能，但延性较差。430用作建筑装饰、汽车装饰、厨房装备、气体燃烧器及硝酸工业装置的部件等。434用于汽车，建筑的外部装饰。439用作燃气热水器、煤、气管线的软管等。高铬铁素体不锈钢含铬量19%～30%，如 中 国 的 Cr18Si2、Cr25，美国 的AISI442、443、446。此类钢有良好的抗氧化性。442在大气中断续使用，上限温度为1035℃，连续使用最高温度为980℃。446有更好的抗氧化性。

铁素体不锈钢高纯铁素体

此类钢含有极低碳、氮;高铬、钼、钛、铌等元素。如中国的00Cr17Mo、00Cr18Mo2、00Cr26Mol、00Cr30Mo2国外18-2、Cr26Mol、25Cr-5Ni-4Mo-Nb、MoNiT、Al29-4、Al29-4-2。这类钢有良好的力学性能（特别是韧性），焊接性能，耐晶间腐蚀性，耐点蚀、缝隙腐蚀性，优异的耐应力腐蚀破裂性。如18-2在硝酸，醋酸，NaOH中有良好耐蚀性，在3%NaCl和FeCl₃中耐点蚀性相当或超过18-8奥氏体钢，耐SCC性远超过18-8钢。26CrMo钢在许多介质中耐腐蚀，特别是有机酸，氧化性酸，强碱中。在强氯化物介质中有良好的耐点蚀性。在氯化物、硫化氢、过多硫酸及强碱中不产生应力腐蚀开裂。30Cr-2Mo在保持耐应力腐蚀同时具有更高耐点蚀、缝隙腐蚀性。加少量镍的钢，提高在还原性酸中的性能。

（1）均匀腐蚀。铬是最容易钝化的元素。在大气环境中，铬含量在12%以上的铁-铬合金就可自钝化。在氧化性介质中铬含量在17%以上就可钝化，在某些侵蚀性较强的介质中，高铬并加钼、镍、铜等元素可获得良好的耐蚀性。

（2）晶间腐蚀。铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢一样都会发生晶间腐蚀，但敏化处理及避免这种腐蚀的热处理恰好相反。铁素体不锈钢从925℃以上急冷容易遭受晶间腐蚀，而容易遭受晶间腐蚀的状态（敏化态）经过650～815℃短时间回火，便可消除。铁素体钢产生晶间腐蚀也是由于碳化物析出引起贫铬的结果。所以降低钢中碳、氮含量并加入钛、铌等元素，可降低晶间腐蚀敏感性。

（3）点蚀和缝隙腐蚀。铬、钼是提高不锈钢耐点蚀和缝隙腐蚀最有效元素。铬含量增加则氧化膜中的铬含量也增加，膜的化学稳定性增加。钼以MoO4的形式吸附在活性金属面上，抑制金属的溶解，促使再钝化，防止膜的破坏，因此高铬、钼铁素体不锈钢具有优异的耐点蚀和缝隙腐蚀性能。

（4）抗应力腐蚀破裂性。由于组织结构的特点，铁素体不锈钢在奥氏体不锈钢产生应力腐蚀破裂的介质中却是耐蚀的。

铁素体不锈钢因无相变，不能靠热处理强化。一般在700～800℃退火后使用。由于铁铬原子尺寸相差不多固溶强化效果较小，铁素体不锈钢屈服强度、抗拉强度略高于低碳钢，延性则低于低碳钢。

普通铁素体不锈钢易产生脆性：（1）室温脆性。普通铁素体不锈钢对缺口敏感，脆性转变温度除了低铬（如405）外均在室温以上，铬量愈高冷脆性愈大。这种冷脆性与钢中碳、氮等间隙元素有关，而超纯铁素体钢由于碳、氮等间隙元素含碳非常低，可得到良好的韧性，脆性转变温度可降至室温以下。

（2）高温脆化。普通铁素体不锈钢加热到927℃以上后急冷至室温，塑性和韧性显著降低。这种高温脆化与碳（氮）化物在427～927℃温度迅速地在晶界或位错上析出有关。降低钢中碳氮含量（采用超纯技术）可以极大的改善此脆性。此外，铁素体钢加热到927℃以上晶粒容量粗化，粗大晶粒将使钢的塑性，韧性恶化。

（3）σ-相的形成。根据铁-铬相图（见图1），在500～800℃保温，含铬40%～50%合金将形成单一相σ，含铬小于20%或大于70%的合金，将形成α σ双相组织。σ-相形成会显著地降低钢的塑性和韧性。所以此类钢不宜在500～800℃长时间使用。

（4）475℃脆性。高铬（>15%）铁素体钢，在400～500℃保温将强烈脆化。这种脆化所需时间较σ相析出短，例如0.080C-0.4Si-16.9Cr钢在450℃保温4h，室温冲击韧性几乎下降到零。脆化程度随铬含量增加而增加，但在600℃以上处理可恢复韧性。475℃脆化是由于富铬α′相沉淀的结果。此类钢应避免在475℃附近加热。

现代铁素体不锈钢是指采用现代不锈钢生产工艺，特别是采用AOD、VOD以及真空炉等精炼技术生产的低碳、氮和超低碳、氮的各类铁素体不锈钢。

目前主要有高纯铁素体不锈钢；超级铁素体不锈钢；低碳、氮，超低碳、氮中铬铁素体不锈钢和低铬铁素体不锈钢等。

在我国不锈钢市场消费结构中，奥氏体所占比例为90%，铁素体仅为10%。在国际上，铁素体所占比例为 23%～25%，其中，美国和日本的铁素体所占比例为40%。

现代铁素体不锈钢已广泛应用于厨房设备、家用电器、建筑装饰、汽车、环保、市政建设等等几乎遍及与人们生活密切相关的各个领域，在汽车、厨房设备等用途中，其产量与消费量还有超过铬镍奥氏体不锈钢的趋势。同时，随着现代铁素体不锈钢的发展，其焊接性及抗蚀性都较普通铁素体类产品有了很大的提高，因而也扩大了其使用领域，特别是在洗衣机内桶、热水器内胆、汽车排气管等产品的生产上还只能使用现代铁素体不锈钢。

400系铁素体不锈钢系指铬含量在11%～30%之间、在高温和室温下钢的基本组织为体心立方晶体结构，在使用状态下以铁素体为主的不锈钢。铁素体不锈钢具有以下的特点和优势：不含贵重金属镍、成本低，称为经济不锈钢；应用前景广阔，可用于家电、汽车、餐厨具、装饰行业；耐应力腐蚀性能优异；加工硬化倾向小，易于冷镦、切削；导热系数高(是奥氏体钢的1.5倍)，非常适用于热交换用途；线膨胀系数小(是奥氏体钢的60%)，适用于热循环的使用条件；导磁性能优异。2100433B

中文名称

高纯铁素体不锈钢

英文名称

high-purity ferritic stainless steel

定　　义

钢中碳和氮总含量极低的高耐蚀性铁素体不锈钢。

应用学科

材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科），钢铁材料（三级学科），钢铁材料品种（四级学科）

高纯铁素体不锈钢Cr₂₆Mo在强碱溶液中不会发生应力腐蚀破裂；高纯Cr₂₈Mo₄和Cr₂₈Mo₄Ni₂都不会产生碱脆破裂；高纯Cr₂₈Mo₄Ni₂既不发生碱脆，又耐碱液的全面腐蚀；SHOMAC30-2（含碳0.003%，氮0.007，铬30%和钼2%），在制碱工业的苛性钠介质中具有很好的耐蚀性，适用于作高浓度碱液浓缩设备用的材料。