图××-5 Cr17％不锈钢（430型)，788℃处理 ×100
图××-6 含碳0.08%的鉻17%不锈钢，1200℃水冷处理 ×540
4、铁素体不锈钢性能与用途
铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，特别是抗氯化物应力腐蚀（SCC）性能，超过奥氏体不锈钢。铁素体不锈钢的机械性能与工艺性能相对较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用，因此在硝酸、氮肥和磷酸等工业被广泛地应用；也可作为高温下的抗氧化材料使用，例如目前在电力工业的现代电站的超临界机组中已逐步使用了新型铁素体系耐热不锈钢。
近年来，不锈钢在家庭用品，食品，化学工业，建筑材料和汽车工业的应用持续增长。由于镍价上涨等原因，世界上的许多不锈钢生产厂家为降低成本，都在寻求市场和用户能接受的质美价廉的产品。所以提高铁素体钢的生产和使用量已经成为这些生产厂家生存和发展的一个新思路。由于我国镍资源和不锈钢废钢资源的相对缺乏, 我们也在进行扩大铁素体和马氏体不锈钢的比重，进行不锈钢品种的结构调整。
铁素体不锈钢在抗氯化物和强酸性的条件下比奥氏体不锈钢具有更大的优势，强度也超过了奥氏体不锈钢，所以世界上家电行业、汽车制造业和以厨房为主的家用设施都正在广泛地使用铁素体不锈钢。例如家电行业广泛使用铁素体不锈钢制造洗衣机内桶、太阳能热水器、电冰箱的外壳；汽车制造业使用铁素体不锈钢制造汽车排汽系统；厨房等家用设施包括洗物池、台面、除烟罩等也在大量地使用铁素体不锈钢。
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虽然铁素体不锈钢有耐氯化物应力腐蚀、耐点蚀，节镍、导热系数高、线膨胀系数低等如此多的优点，但自它问世半个多世纪来，与奥氏体不锈钢相比，其用途与产量仍然比较低。究其原因主要是铁素体不锈钢，特别是Cr＞16％的铁素体不锈钢，存在一些缺点和不足，突出地表现在它们的室温、低温韧性差，缺口敏感性高，对晶间腐蚀比较敏感，而且这些缺点随铁素体不锈钢截面尺寸的增加，冷却速度的变慢和焊接的热影响而更加强烈地显示出来，因而长期困扰着铁素体不锈钢的发展和使用。我们应了解它们韧性低、脆性大的主要原因，并加以预防。
（1）晶粒粗大：由于铁素体不锈钢在加热和冷却过程中不发生相变，不能通过热处理来细化晶粒，如果高温加热、焊接或压力加工不当，例如温度超过850～900℃，晶粒就显著粗化。粗大晶粒会导致钢的冷脆性倾向增大，室温冲击韧性很低。
（2）475℃脆性：含Cr＞15%的高铬铁素体不锈钢在400～550℃范围内停留较长时间后，会导致室温脆化，强度升高，塑性、韧性几乎等于零。因为在475℃时脆化现象最严重，所以称为475℃脆性。引起475℃脆性是由于在加热时，铁素体内部的铬原子趋于有序化，形成富铬的铁素体（即α＇相：Cr≈80%，Fe≈20%）。富铬相也为体心立方晶格，但其点阵常数较大。富铬相与母相保持共格关系，在母相{100}晶面族上析出，造成较大的晶格畸变和内应力，同时使塑性变形所需要的滑移难以进行，易于产生挛晶，挛晶面成为解理断裂的形核地点，从而使铁素体不锈钢脆化，并降低其耐蚀性。
（3）σ相脆性：Cr含量超过15%的铁素体不锈钢，在520～820℃范围内长时间加热停留，从铁素体中析出金属间化合物FeCr，称为σ相。由于σ相的析出使得铁素体不锈钢变脆的现象称为σ相脆性。σ相具有复杂六方点阵，硬度很高（HRC＞68），脆性很大。析出时伴随着很大的体积变化，同时又经常沿晶界析出，因此引起钢的脆性。σ相的沿晶界析出还会造成贫铬区的出现，从而使不锈钢具有晶间腐蚀倾向，同时降低其抗氧化性能。
因此，发挥铁素体不锈钢“良好的抗局部腐蚀性能，特别是抗氯化物应力腐蚀(SCC)性能”的长处，研究并克服其“韧性低，脆性大”的短处，是金属与焊接研究工作者的长期任务。
自上世纪七十年代起,冶金材料专家就借鉴铌在钢中的固碳作用机制、铌在高强度低合金钢中晶粒细化和析出强化作用机制以及铌在耐热钢和高温合金中提高抗蠕变强度的机制等, 对铌在改善传统铁素体不锈钢的成型性(尤其是深冲性能)、耐蚀性、高温
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强度等方面进行了许多研究。研究人员认为，铁素体不锈钢的这些缺点与钢中的间隙元素（能成为间隙原子的元素）含量有关，C、N等间隙元素是产生上述缺点的关键因素。因C、N含量的增加，铁素体不锈钢的冲击韧性将下降，脆性转变温度上移，钢的缺口敏感性、冷却速度效应和尺寸效应显著恶化。当把C、N总量降到150×10-6以下，即为超纯铁素体不锈钢时，钢的各种性能会有明显改善。超纯铁素体不锈钢中的Cr含量一般≤30%。Cu在铁素体不锈钢中的作用也越来越受到重视，它可提高钢的耐蚀性和冷加工性能。若要克服这些缺点，必须提高钢的精炼水平。
八十年代以后，随着AOD、VOD（包括SS-VOD，即强烈搅拌的VOD工艺。在大量生产中有可能最大限度的去除钢中的C和N。）和真空冶炼、连续电子束炉冶炼等炉外精练技术的发展和应用，才使得铁素体不锈钢有了大发展。研制生产出一系列含Mo的低C、N和超低C、N的新型铁素体不锈钢，即所谓高纯铁素体不锈钢。不但已能生产出低碳、氮、氧的高纯和超高纯铁素体不锈钢，从而使铁素体不锈钢的上述缺点和不足得到了一定程度的克服，而且进一步发展了许多新的可焊性能好，加工性优良的铁素体不锈钢，与此同时，原有的传统的铁素体不锈钢钢中碳（氮）含量也有了某种程度的降低。尤其是铌-钛双稳定化的现代铁素体不锈钢等新型铁素体不锈钢,它们具有非常优良的性能并且得到了广泛的应用。目前在电力工业的现代电站的超临界机组中，新型铁素体不锈钢已作为高温下的抗氧化材料与奥氏体不锈钢一起使用。
00Crl8Mo2（即新牌号03Cr18Mo2NbTi）就是其中的新型铁素体不锈钢之一，它不仅应用面广量大，而且成本价格也比较低廉。OOCrl8Mo2钢是在Crl7钢（ASl430）的基础上研制而成的。低的间隙元素含量和加入2％Mo提高了钢在还原性介质中的耐蚀能力；改善了钢的塑性和可焊性，进一步提高了钢的抗局部腐蚀性能。因此，OOCrl8Mo2钢在氧化性介质和还原性介质中都有好的耐蚀能力，它不仅抗局部腐蚀（点蚀、缝隙腐蚀），而且有非常优异的抗氯化物应力腐蚀（SCC）性能。此外，OOCrl8Mo2钢有良好的力学性能、热加工和冷成型性能、热学性能等。该钢可广泛用于石油化工、汽车制造、纺织、食品、厨房设备等工业部门。
在国外发达国家，如美国、日本和欧洲的不锈钢品种结构中，虽然奥氏体不锈钢依然占有较大的比例，但是，铁素体和马氏体不锈钢的比例已增长到30～40%，而我国铁素体和马氏体不锈钢所占总不锈钢品种的比例较小，仅为10%左右，发展潜力很大。我国对铁素体不锈钢的需求正在不断增长，主要体现在以下应用领域和市场：
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①现代汽车发动机排气系统大量使用铁素体不锈钢（含Nb的T409型铁素体不锈钢），这主要是因为铁素体不锈钢具有低的热膨胀系数而被应用。我国汽车工业正在迅速发展, 铁素体不锈钢的市场是很有前途的。
②电站用超临界温度铁素体系耐热不锈钢
提高火力发电厂效率的主要途径是提高蒸汽的参数，即提高蒸汽的压力和温度。这就要求钢有更好的高温强度和蠕变断裂强度，开发应用耐高温高压的新型钢是实现此目的的最佳途径。开发电站用超临界温度铁素体系耐热不锈钢，也是发展高效率的SC、USC火电机组的关键技术之一。除了目前世界发达国家已开发应用的新型铁素体系耐热钢和新型奥氏体系耐热钢等钢种之外，国外在新型超临界温度的耐热不锈钢的研究开发方面,已经做了很多工作,比如在铁素体系耐热不锈钢中加入铌，Nb是耐热钢不可缺少的合金化元素，对改善其综合性能很有利，已研制成HCM12A (12Cr-0.4Mo-2WCuVNb)等新钢种，我国在电站用超临界温度铁素体系耐热不锈钢研究方面，也开始了卓有成效的工作。
③建筑和装饰用耐大气腐蚀铁素体不锈钢
建筑和汽车工业是轻型结构材料的两大市场。不锈钢因其优良的力学性能，耐高温的防火性能（不锈钢结构性损坏前可承受最高温度达700℃以上），耐大气腐蚀性能及其比刚度与铝合金相当。这些优点，使不锈钢成为现代结构材料的理想选择。为进一步改善耐大气腐蚀性能，日本又开发了NSS447M1
（0.07C-30.2Cr-2.08Mo-0.17Nb-0.19Ti-0.09Al-0.012N）铁素体不锈钢。我们也可以借鉴国外先进经验，发展适合于我国沿海地区的耐大气腐蚀性新钢种。
④家用电器以及抗菌铁素体不锈钢
在家用电器方面，不锈钢正逐步取代普碳钢和塑料，并获得广泛使用。新的铁素体不锈钢SUS445M2（低C，N，22Cr-1.2Mo-Nb-Ti-Al），比SUS444具有更好的成型性、焊接性和焊接节点耐蚀性。
在不锈钢领域另一最新进展是抗菌铁素体不锈钢。很低C的17％Cr铁素体不锈钢中添加1.5%Cu和0.6%Nb，可抑制某种细菌生长。这种类型的不锈钢如430LX， 430JIL及444型铁素体不锈钢，已广泛应用于洗衣机，烘干机、冰箱、电炊具，餐具洗净机等厨房器具、金属加工厂和医疗设备等。
二、铁素体不锈钢的焊接性
通常来说，铁素体不锈钢的焊接性一般较差，尤其是对于普通纯度高铬铁素体不锈
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钢更是如此。其原因主要与铁素体型不锈钢在加热和冷却过程中基本没有α?γ转变，也不能利用热处理强化，钢的晶粒易于粗化有关。这类铁素体不锈钢对高温作用敏感，在焊接热循环作用下，存在着熔合线附近的热影响区的晶粒急剧长大（粗化）和碳、氮化物在晶界析出、集聚的问题，从而会降低焊接接头的塑性；同时还能引起晶间腐蚀及韧性的下降，造成高温脆化和475℃脆性，特别在焊接大刚度接头时若不采取措施则极易产生裂纹。
超高纯度高铬铁素体不锈钢则具有良好的焊接性，在焊接高温作用下引起的脆化不显著，焊接接头有良好的塑性和韧性，焊前不需要预热，焊后也不需要热处理，但仍有可能产生晶间腐蚀。这表明焊接中主要问题是如何控制焊接材料中碳和氮的含量，以及避免焊接材料表面和熔池表面的沾污。
1、 铁素体型不锈钢的焊接特点
铁素体型不锈钢一般都是在室温下具有纯铁素体组织，强度不算很高，塑性、韧性良好。若将其加热到高温，也有可能会出现少量的奥氏体组织(对含铬量较低的钢)或者根本不出现奥氏体组织，所以在焊接过程的热循环作用下有可能出现少量或者根本不出现马氏体组织。因此这类钢经焊接后不会出现强度显著下降或淬火硬化的问题，即使出现了少许马氏体组织也可以通过焊后热处理来解决。可以说这类钢焊接接头的室温强度不是焊接的主要矛盾；再由于其焊接热膨胀问题远比奥氏体型钢轻微，因而其焊接热裂纹和冷裂纹的问题也不很突出。通常所说的铁素体型不锈钢不如奥氏体型不锈钢好焊，主要是指焊接过程可能导致焊接接头的塑性、韧性降低即发生脆化的问题。同焊接其它品种不锈钢的目的一样，铁素体型不锈钢焊接的关键问题是如何保证接头具有相同于或相近于母材的耐腐蚀性，以及焊接接头在高温下长期服役有可能出现的逐渐脆化的问题。铁素体不锈钢的焊接特点就是要克服和解决这些问题，也就是我们将要重点分析和探讨的几个问题。
2、铁素体型不锈钢焊接接头易出现的问题与其焊接性 2.1焊接接头的晶间腐蚀
普通纯度高铬铁素体不锈钢焊接接头在焊接热循环的作用下，被加热到950℃以上温度的区域冷却下来时，有发生晶间腐蚀的倾向；而后若在700～850℃进行短时间保温退火处理，又可恢复其耐蚀性。所以，焊接接头产生晶间腐蚀的位置是紧挨着焊缝的高温区。而奥氏体型不锈钢焊接接头的晶间腐蚀区是在最高温度为600～1000℃的区域，
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