铁素体不锈钢中加铌具有改善其耐蚀性的作用，这是因为铌与碳形成了稳定的碳化物，从而使基体中保留有效含量的铬。与304和316型不锈钢相比，加铌的22%Cr-1.2%Mo铁素体不锈金刚具有显著的耐大气腐蚀性。加铌是赋予铁素体不锈钢良好深冲性能的最有效的方法之一。改善该性能所需的铌的数量与碳和氮的含量有关。含适量铌的铁素体不锈钢具有良好的平均r值。固溶铌和钼可有效改善钢的高温强度。铌的溶解量取决于退火温度，当钢在较低温度下退火时铌便快速析出。因此，在铌这种合金化元素对高温强度影响的机理方面，其上述特性的影响是复杂的。由于铌的加入抑制了碳化铬的形成，因此加铌马氏体不锈钢具有很好的抗回火性。因此，同铁素体不锈钢一样，马氏体不锈金刚也能够将有效含量的铬保留在基体中，这使得钢的耐蚀性得以改善。 铌对铁素体不锈钢耐蚀性的影响 铌对12%Cr铁素体不锈钢晶间腐蚀的影响 410L或409因其良好的耐蚀性、成形性和耐热性而被用作汽车废气排放系统用材料。然而，近年来，废气温度已经设计得更高了，因为较高的废气温度有助于催化转换器降低有害气体，如NOx，SOx和HC的含量。相反，较高的温度也可能导致材料环境的腐蚀性更强。例如，碳化铬在消音器废气温度下，即400-500℃时析出，这导致晶界贫铬，随后产生了晶间腐蚀。由于焊缝区对晶间腐蚀特别敏感，因此有必要改善12%Cr钢的耐蚀性，或者开发抗这种腐蚀性能良好的新钢种。 研究了铌和钛对改善焊接用12%铬钢耐晶间腐蚀性的作用。正如以前所研究的那样，降低钢中碳和氮的含量对于抑制晶间腐蚀是相当有效的。而后，向钢中加入铌和钛对于改善耐蚀性具有进一步有益作用。碳化铬在MAG焊缝区往往比在点焊区更容易析出得多，因为与点焊相比，MAG的焊后冷却速率相当低。因此，钢抑制MAG焊缝区腐蚀比抑制点焊区腐蚀所需的铌和钛的含量要高。抑制MAG焊缝区晶间腐蚀所需的铌含量大于7（C+N）+0.35%，同时在点焊情况下所需的铌含量大于7（C+N）+0.15%。在410L钢MAG焊缝区热影响区与母材间的界面处发生了大量的晶间腐蚀。409L在500℃时效10小时后，在与焊缝金属相邻的母材中发生了晶间腐蚀，而12Cr-0.6Nb钢在500℃时效10小时后仍具有良好的耐蚀性。 铌对22%Cr铁素体不锈钢耐大气腐蚀性的影响 由于铁素体不锈钢具有良好的耐大气腐蚀性，因此近来这种不锈钢已被用作了屋顶和幕墙。然而，在距海洋距离相对近的一些地区，大气条件对于屋顶用料的腐蚀来说特别苛刻，因为来源于海水的粒子是腐蚀性相当强的物质。考虑到大气腐蚀的这些条件，研究了在这种用途中含有相当高铬的铁素体不锈钢。此外，研究了铌对铁素体不锈钢耐大气腐蚀性的影响，并开发出了一种含有少量铌的新的铁素体不锈钢。 典型耐大气腐蚀不锈钢（基本化学成分C：0.01%、Si：0.21%、Mn：0.20%、Cr：22.1%、Mo：1.23%、Nb：0.25%、Ti：0.19%、Al：0.08%、N：0.01%）含有高的铬和钼，同时加入了少量铌和钛。22%Cr-1.2%Mo钢被确定为耐大气腐蚀的基本材料，其依据是足够数量的铌和钼对于提高不锈钢的点蚀电位是不可缺少的。根据点蚀电位的实验结果，认为铌可有效改善耐点蚀性；由于随着铌含量的提高，点蚀电位有降低的趋势，因此向所开发的钢中加人了0.25%Nb。像304、316这样的奥氏体不锈钢的锈蚀面积随着周期腐蚀试验数的增加而显著增加。 铌对铁素体不锈钢成形性的影响 加铌是赋予铁素体不锈钢良好深冲性的最有效的方式之一。改善该性能所需的铌的数量与碳和氮的含量有关。适量铌可使铁素体不锈钢具有良好的平均r值。铌稳定化钢板极好的深冲性能与基体织构直接相关，基体织构受冷轧压下量和退火温度的影响。 关于钛和铌对由平均r值表示的挤压成形性的影响，已经进行了许多研究，结论是适当数量的这些元素就很有效。然而，在适量加入这些元素的情况下也出现了一种有害因素。例如，随着钛含量的增加，一种纵向裂纹的转变温度提高。虽然铌也提高该转变温度，但是与钛的影响相比，铌含量关系曲线的斜率也是相当小的。虽然铁素体不锈钢具有良好的平均r值，但是在转变温度较高的情况下，进行变形也可能是困难的，因为该转变温度是成型性的决定因素之一。 430LX是典型的含有少量铌的铁素体不锈钢（基本化学成分C：0.01%、Si：0.23%、Mn：0.20%、Cr：17.2%c、Nb：0.40%、N：0.01%）。由于与430相比，该钢种既具有较好的成形性（表1），又有优良的耐蚀性；因此其应用数量在显著增加。 表1 430LXT 430的力学性能 屈服点（N/mm2） 抗拉强度（N/mm2） 埃里克森值（mm） 延伸率（%） 硬度（HV） 平均r值 430LX 290 510 9.9 30 151 1.75 430 340 520 9.1 30 160 1.11 含铌铁素体不锈钢中铌的析出似乎取决于退火温度。如果NbC存在于基体中则会发生不完全再结晶，换句话说，将NbC溶解在基体中对再结晶来说是必不可少的。因此，提高铌和碳的含量会提高钢的再结晶温度。认为再结晶是铁素体不锈钢波纹（皱纹）特性是最主要的决定性因此之一，波纹是由于热轧过程中所形成的不利织构而导致的。与加铌铁素体不锈钢相比，加钛铁素体不锈钢的再结晶温度没有这么高，因此当两种钢在相同温度下退火时，加钛钢的再结晶发生得更快：。这种行为使在相同温度下退火的情况中，加钛钢比加铌钢具有更好的波纹特性。换言之，由于NbC的析出提高了再结晶温度，因此按照铌和碳含量增加的次序波纹降级。 铌对铁素体不锈钢高温强度的影响 409L（11Cr-Ti）用作汽车排气歧管材料，设计废气温度约800℃，而430J1L（18Cr-0.4Nb-0.5Cu）的使用温度约900℃。然而，所设计的废气温度仍然较高，这使得材料向更高级的不锈钢转变—考虑到这种需要，为了改善排气歧管用铁素体不锈钢的耐热性，在430LX（18Cr-Nb）的基础上，研究了铌和钼对铁素体不锈钢高温性能的影响。以18Cr-Nb铁素体不锈钢为基本试验钢种，研究了铌和钼对高温强度的影响。由于不但在900℃，而且在1000℃的温度下，随着钼含量的增加，屈服点都线性增加，因此认为钼可有效改善高温强化效果。在观察铌的作用时发现有类似的趋势。铌含量小于0.8%时，屈服点随铌含量的增加而线性增加，随后当铌含量大于0.8%时曲线相当平缓。通过比较这些图形可以认为，在向钢中加入等量这些元素的情况下，铌在改善高温强度方面更有效。高温强度主要取决于固溶体和析出物的数量以及晶粒度。在这项研究中，认为固溶体和析出物是决定性因素，因为所有实验试样的晶粒度几乎是相同的，即试样的晶粒度在4-5级之间。鉴于有这些论据，为了阐明固溶体和析出物数量对18Cr-2.0Mo-0.5Nb钢和18Cr-2.2Mo-1.0Nb钢高温强度的影响，改变了退火温度。温度由1000℃增加到1050℃时，18Cr-2.0Mo-0.5Nb钢的屈服点略有增加，随后当温度大于1050℃时，该钢的屈服点几乎为常数。至于18Cr-2.2Mo-1.0Nb钢，其屈服点曲线与18Cr-2.0Mo-0.5Nb钢的曲线有很大的不同，即在大于1050℃的温度下，屈服点随着退火温度的升高而显著增加。认为在1000和1200℃之间的温度下退火时，两种钢中所有数量的钼都溶解进了基体中，因为在所有退火温度下，固溶体中钼的含量几乎为常数，而且也非常接近于钢中所含数量相反，对于1.0%Nb钢来说，固溶体中铌的数量随着退火温度的升高而增加；然而，对于0.5%Nb钢来说，退火温度对固溶体中铌数量的影响就不显著。 在该高温试验中，用15分钟的时间将试样从室温加热到试验温度，随后在试验温度下保温15min，然后开始拉伸试验。有必要考虑这些工艺过程对显微组织的影响，因此，研究了在这些过程中钼和铌的析出行为：观察了18Cr-2.2Mo-1.0Nb钢在1150℃下退火30分钟的显微组织和退火处理后在1000℃下时效15min的显微组织，结果如下。在退火试样中，出现了直径约为1.0μm的析出物根据析出物的衍射结果可以鉴别并确定，球状析出物是M6X和MX碳氮化合物。确定细小弥散的条状析出物为Fe2NbLoves相，它是在试样加热或在试验温度下保温的过程中出现的。 由于Laves相在拉伸试验开始以前以约1lμm长的中间相析出，因此认为，18Cr-2.2Mo-1.0Nb钢0.02%屈服点随退火温度的升高而增加，是由于铌的析出强化而导致的。0.5%Nb钢高温强度对退火温度的依赖关系不如1.0%Nb钢强，这是因为在0.5%Nb钢中几乎没有析出Laves相。可以推出结论，约0.3%Nb即可起到有效的固溶强化作用。 铌对马氏体不锈钢性能的影响 马氏体不锈钢的特点是高硬度。尤其是沉淀硬化型马氏体不锈钢，它具有所有类型不锈钢中最硬的相。沉淀硬化型马氏体不锈钢的Ms（冷却过程中马氏体开始转变的温度）高于室温，因此，固溶处理后它具有马氏体基底。为了提高硬度，在这种不锈钢中还含有一些其它合金元素，如铜、钛、铝和铌。通过在300-500℃温度下的时效，这些合金元素可因其时效析出物而有效提高硬度。因此，这种不锈钢不象420型马氏体不锈钢那样，需要淬火以达到最高硬度。对于制造商或者是这些不锈钢的客户来说，时效处理过程似乎比淬火更容易。另外，相对低的碳含量使这种不锈钢具有良好的耐蚀性；因此，当前沉淀硬化型马氏体不锈钢的应用范围可能正在扩大。 几种沉淀硬化马氏体不锈钢中均加入了铌。17-4沉淀硬化型不锈钢是由阿姆柯钢铁公司工发的。为了通过降低固溶处理钢的硬度以改善成型性，该钢种中所含碳的含量低于0.07%，时效使这种钢具有很高的硬度，因为在时效温度下析出了细小的富铜相。向这种钢中加入铌是为了通过形成碳化铌而稳定碳，从而抑制碳化铬的形成。另外，加铌钢具有良好的抗回火性，即随着铌含量的增加，硬度随回火温度减低的数值减少了。 结束语 向钢中加入铌具有改善铁素体不锈钢耐蚀性的有益作用，因为铌与碳反应形成了稳定的碳化物，因此，这使有效含量的铬保留在了基体中。可以得出结论，为了抑制MAG焊缝区中的晶间腐蚀，需要使铌的含量大于7（C+N）+0.35%。另一方面，在点焊情况下，需要使铌含量大于7（C+N）+0.15%。 点蚀电位随着铌含量的增加而降低。加铌2%-1.2%Mo铁素体不锈钢具有显著的耐大气腐蚀性。虽然304和316钢的锈蚀面积随着大气腐蚀试验周期数的增加而显著增加，但是，该铁素体不锈钢锈蚀面积曲线的特点则是，在前600个周期中锈蚀面积略有增加，随后在更长的周期中，曲线相当平缓。 加铌是赋予铁素体不锈钢良好深冲性的最有效的方法之一。改善该性能所需的铌的数量与碳和氮的含量有关。含有适量铌的铁素体不锈钢具有良好的平均r值。 固溶铌和钼可有效改善高温强度。当钢在较低温度下退火时，析出进行得很快。因此，在铌对高温强度的影响机理方面，该元素这种行为的影响是复杂的。 几种沉淀硬化型马氏体不锈钢中也加入了铌。加铌马氏体不锈钢具有很好的抗回火性，因为铌有利于抑制硕化铬的形成。因此，马氏体不锈金刚能够将铬的有效含量保留在基体中，这使其象铁素体不锈钢一样改善了耐蚀性。