一、脆性轉(zhuǎn)變溫度和缺口敏感性

  含鉻量超過15％的普通鐵素體不銹鋼（經(jīng)正常熱處理后），對缺口十分敏感，其脆性轉(zhuǎn)變溫度一般均高于室溫。只在有缺口的前提下，才顯示出室溫脆性。隨著鉻含量的提高，或缺口的尖銳度增加，其脆性轉(zhuǎn)變溫度也明顯升高；隨溫度升至870℃，其切口敏感性才完全消失。

  造成高鉻鐵素體不銹鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度高和對缺口高度敏感的主要原因是，鋼中間隙元素，尤其是碳、氮和氧等含量較高，并與其化合物的沉淀有關。

二、475℃脆性和σ相脆性

  一般來說，鐵素體不銹鋼加熱至高溫，基本上不出現(xiàn)奧氏體相變，因此難以經(jīng)淬火形成馬氏體產(chǎn)生明顯強化。但是由低溫至高溫存在三個溫度區(qū)間，經(jīng)其處理后，強度、硬度明顯提高，而鋼的塑性和沖擊韌性顯著下降。通常，這是人們所不希望而極力要設法避免的。這里先介紹兩種非高溫的脆性：

1. 475℃脆性

  含鉻量超過12％以上的鐵素體不銹鋼，加熱至340～540℃時，經(jīng)一定時間后，鋼的硬度增加，沖擊（缺口）韌性顯著降低。尤其是在475℃時，這種情況最為嚴重，故稱為475℃脆性。通常，鉻含量愈高，缺口尖銳度愈大，揭示出這種脆性所需的保溫時間愈短。超過15％鉻的鋼，才有較明顯的硬化現(xiàn)象。

  產(chǎn)生475℃脆性的基本原因已公認為是由于一種富鉻（61～83％Cr）的a＇相的沉淀析出所致。它具有體心立方晶格結構，無磁性。d相的析出不僅帶來脆性，而且顯著降低鋼的耐蝕性能。

  由于a相的析出-溶解過程是一種可逆過程，475℃脆性可以通過重新加熱至540℃以上溫度，并保溫一定時間快速冷卻至室溫的辦法消除。

 2. σ相脆性

  根據(jù)Fe-Cr相圖，當鉻含量在15～70％的范圍內(nèi)，于500～800℃時存在σ相。它是一種金屬間化合物，含鉻42～50％，無磁性、具有四方晶格結構，屬高硬度脆性相。σ相首先產(chǎn)生于晶粒邊界，呈鏈網(wǎng)小島形狀。其形成速度比較緩慢，如含鉻量小于30％的鐵素體不銹鋼在進行堆焊或鑄造時，在能形成g相的溫度范圍內(nèi)通常沒有足夠的時間來形成σ相。只有足夠時間保溫才能形成σ相，使鋼的硬度提高，卻顯著降低鋼的塑性、缺口

  韌性及耐蝕性能。添加某些元素，如鉬、硅等，可以擴大σ相區(qū)存在范圍、使σ相區(qū)向低鉻濃度方向移動，有利于σ相的形成。冷加工也會增大σ相的析出速度。提高鉻含量將顯著加速σ相的形成。

  σ相的形成是可逆的。故可以通過重新加熱至800℃以上溫度，保溫1h或更長時間，使σ相溶解后快速冷卻至室溫的辦法消除。

三、高溫脆性

  普通高鉻鐵素體不銹鋼（間隙元素如碳、氮的含量在中等以上時），加熱至950～1000℃以上，急冷至室溫，其塑性和缺口韌性顯著降低，稱為高溫脆性。若重新加熱至750～850℃，可以恢復其塑性。這種高溫脆性十分有害，進行焊接，在950℃以上等溫熱處理或鑄造工藝過程中，均可能出現(xiàn)這種脆化，同時耐蝕性也顯著降低。

  已經(jīng)查明和證實，產(chǎn)生高溫脆性的基本原因是同碳、氮等間隙元素的碳、氮化合物在晶界和晶內(nèi)位錯上析出有關。降低鋼中的碳、氮含量，減少甚至避免碳、氮化物的沉淀析出（還同鉻含量、熱處理工藝有關。鉻含量愈高，其碳、氮溶解度愈低），可以大大改善高溫脆性。高純級高鉻鐵素體不銹鋼在克服高溫脆性方面已經(jīng)取得良好效果。

  此外，高鉻鐵素體不銹鋼鑄態(tài)晶粒十分粗大，只能通過加工軋制和適當溫度下再結晶予以細化。但當加熱超過950℃時（如焊接等），具有強烈的晶粒長大傾向。眾所周知，粗大晶粒比相應細晶組織的塑性或韌性要差。高鉻鐵素體不銹鋼材的厚度及晶粒尺寸因素對室溫脆性存在影響。但是，高純級（碳、氮含量極低）不銹鋼，因其脆性轉(zhuǎn)變溫度已降得很低，晶粒尺寸對室溫缺口韌性的影響也就不大了。板愈厚，要求控制的碳、氮含量應愈低，才能保證必要的缺口韌性。

四、晶間腐蝕敏感性

  普通高鉻鐵素體不銹鋼在加熱過程中存在造成475℃脆性、σ相脆性和高溫脆性的三個脆化溫度區(qū)。由于富鉻的α＇相、σ相或碳、氮化合物的析出等原因，不僅引起脆化，而且?guī)砭чg腐蝕敏感性，使耐蝕性能顯著降低。尤其是當溫度超過900～950℃以上而后快冷時，具有十分敏感的晶間腐蝕傾向。即使在碳氮含量較低和象自來水這樣弱的腐蝕條件下，經(jīng)高溫空冷或焊縫區(qū)也會發(fā)生晶間腐蝕（9,10）。若重新加熱至700～850℃左右熱處理，其晶間腐蝕敏感性可以消除。

  對普通高鉻鐵素體不銹鋼經(jīng)高溫快冷后產(chǎn)生晶間腐蝕傾向機理的解釋，主要是將解釋奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的貧鉻理論應用于鐵素體不銹鋼。從敏化溫度和消除晶間腐蝕傾向溫度來看，奧氏體型和鐵素體型不銹鋼正好相反。但本質(zhì)相同，均是由于如富鉻碳化物的析出造成其附近區(qū)貧鉻引起。碳、氮在鐵素體中的固溶度比在奧氏體中小的多，而鉻在鐵素體中的擴散速度比在奧氏體中大的多。中等以上碳、氮含量的高鉻鐵素體不銹鋼，加熱至約950℃以上，富鉻的碳、氮化合物溶解于鐵素體（固溶體）中。但在快速淬火冷卻過程中，由于高度過飽和的間隙固溶體具有強烈析出傾向和在鐵素體中碳、氮元素的擴散速度極快（比鉻還快，比在奧氏體中快數(shù)百倍），經(jīng)過中溫時也難以阻止富鉻碳、氮化物的快速析出（其沉淀析出溫度一般認為在427℃至900℃之間）。當重新加熱至700～850℃時，因鉻的快速擴散增加了貧鉻區(qū)的鉻含量。雖有晶間析出物存在，耐晶間腐蝕性能卻良好。

  綜上所述，475℃脆性和σ相脆性，可通過800℃左右保溫一定時間快冷予以消除。焊接或高溫淬火，因經(jīng)過其相應脆化溫度區(qū)的時間短暫，一般來不及出現(xiàn)脆化。因此它們對制作焊接構件設備的威脅尚不大。而由于碳、氮等間隙元素含量高而引起的高溫脆性和晶間腐蝕敏感性、脆性轉(zhuǎn)變溫度高和缺口敏感性大才是影響焊接、加工等性能、限制普通高鉻鐵素體不銹鋼應用的主要障礙。故發(fā)展了新一代高純級高鉻鐵素體不銹鋼。它在經(jīng)過焊接等高溫過程后，具有良好的塑性和耐蝕性，其脆性轉(zhuǎn)變溫度一般均低于室溫，從而大大擴大其應用范圍。