0Cr18Ni10Ti(AISI321)

出处：按学科分类—工业技术 中国科学技术出版社《不锈钢实用手册》第500页（4542字）

(1)钢号简介

在不锈钢工业应用的早期，为解决常规18－8型奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题，发展了用Ti稳定化的奥氏体不锈钢，我国目前此钢的化学成分标号为0Cr18Ni10Ti，在美国称作AISI321。此钢的发展是以奥氏体不锈钢的晶间腐蚀的贫铬理论为基础，通过加入钛，在钢中优先形成TiC，窃取形成Cr23C6的碳，避免大量的网状Cr23C6沿晶界析出，从而减轻晶界贫铬的贫化程度，由于贫铬区铬的含量不低于保证耐蚀性的临界铬量，因此减轻和避免了晶间腐蚀。0Cr18Ni10Ti在冶金装备和工艺水平不能经济生产超低碳奥氏体不锈钢的年代，确实起到了举足轻重的作用，随着二次精炼工艺引入不锈钢以来，超低碳不锈钢的生产已变得容易且成本可被接受的情况下，Ti稳定化不锈钢的地位已渐渐动摇，至20世纪90年代中，西方发达国家的0Cr18Ni10Ti的产量已不足不锈钢产量的1%。由于0Cr18Ni10Ti的常期使用经验、良好的高温力学性能等，目前，在高温和在一些特定环境中(抗氢腐蚀)以及在需要稳定化热处理的条件下仍在使用。在大型锅炉过热器、再热器、蒸汽管道、石油化工的热交换器和连多硫酸的生产设备中仍然得到广泛应用。

(2)化学成分

0Cr18Ni10Ti钢的化学成分见表1－99。

表1－99 0Cr18Ni10Ti钢的化学成分

(3)室温力学性能

室温拉伸性能 不同标准所规定的0Cr18Ni10Ti的室温力学性能见表1－100。实际测定数据见表1－101。

表1－100 标准规定的室温力学性能指标

表1－101 0Cr18Ni10Ti的室温力学性能

(4)冷作硬化特性

冷加工对0Cr18Ni10Ti的室温力学性能的影响见表1－102和图1－121。钢的导磁率和冷加工的关系见表1－103。

表1－102 冷加工对0Cr18Ni10Ti的室温力学性能

图1－121 冷加工变形量对0Cr18Ni10Ti室温力学性能的影响

表1－103 冷变形对0Cr18Ni10Ti导磁率的影响

(5)低温力学性能

0Cr18Ni10Ti的低温力学性能见表1－104和图1－122、图1－123。

表1－104 0Cr18Ni10Ti的低温力学性能

图1－122 退火态0Cr18Ni10Ti低温力学性能

图1－123 0Cr18Ni10Ti低温冲击性能

(6)疲劳性能和断裂韧性

0Cr18Ni10Ti钢的疲劳性能见图1－124。0Cr18Ni10Ti在450～550℃使用51000h后的断裂韧性结果见表1－105，在室温对Jc影响较大，时效使Jc降低35%，dj／da没有明显变化；在高温，时效使Jc降低5%～15%，dj／da减少25%～30%。

图1－124 退火的0Cr18Ni10Ti在室温和593℃空气中的疲劳裂纹扩展速率(L－T曲向，0．17Hz，R=0，单面缺口悬臂梁试样)

表1－105 0Cr18Ni10Ti在450～550℃使用(时效)51000h的断裂韧性

(7)高温瞬时拉伸和持久蠕变性能 不同状态的0Cr18Ni10Ti的高温瞬时力学性能见表1－106至表1－109。

表1－106 固溶态0Cr18Ni10Ti的高温瞬时力学性能

注：①4D试样。

表1－107 经退火后冷加工至96HRB的0Cr18Ni10Ti的高温瞬时力学性能

注：①4D试样。

表1－108 退火后在试验温度时效10⁵h后的高温瞬时力学性能

注：①4D试样。

表1－109 0Cr18Ni10Ti在应力条件下热时效的高温瞬时力学性能(Φ25mm棒，1038℃退火)

注：①4D试样。

0Cr18Ni10Ti钢高温长时性能见图1－125至图1－129和表1－110。

图1－125 0Cr18Ni10Ti钢持久强度和蠕变强度

图1－126 0Cr18Ni10Ti钢管持久强度曲线；断裂应力与时间的关系

图1－127 0Cr18Ni10Ti钢管持久强度曲线断裂应力与温度的关系

图1－128 0Cr18Ni10Ti薄板(1．3mm厚)在649℃和816℃的持久和蠕变强度

图1－129 退火态0Cr18Ni10Ti薄板的持久强度与温度的关系

表1－110 0Cr18Ni10Ti的持久和蠕变性能数据

①外推数据。

(8)耐蚀性

a．均匀腐蚀 钢的耐均匀腐蚀性能较1Cr18Ni9Ti为优，腐蚀数据可参照1Cr18Ni9Ti，见表1－111。

表1－111 1Cr18Ni9Ti钢的耐腐蚀性能

在硝酸生产中的试验结果为：硝酸氧化吸收塔挂片，40℃，1994h，0．01mm／a；硝酸第一、四、五吸收塔挂片，28～40℃，6290h，≤0．01mm／a；硝酸中和器挂片，120℃，6290h，0．3700mm／a。

00Cr18Ni10Ti在高温高压水中的均匀腐蚀和金属释放速率数据见图1－112至图1－115。

b．点腐蚀 0Cr18Ni10Ti的耐点蚀性能和点蚀电位分别见表1－82和图1－209。

c．应力腐蚀 0Cr18Ni10Ti在42%沸腾MgCl₂的应力腐蚀行为见表1－172。在各种介质中的应力腐蚀试验结果见表1－112、图1－130。为了比较列入了0Cr18Ni9和00Cr18Ni10钢的数据。

表1－112 0Cr18Ni10Ti钢在各种介质中的应力腐蚀试样结果(U形试样)

注：●破裂；〇未破裂，数字为试验时间。

固溶——1050℃×5min；敏化——固溶处理后650℃×2h，空冷。

图1－130 0Cr18Ni10Ti钢板SERT曲线

(9)抗辐照性能

0Cr18Ni10Ti的抗辐照性能见图1－82，当Ti量大于0．3%时，其辐照后总应变有明显降低趋势。经辐照后的力学性能变化见表1－113。

表1－113 中子辐照对一些奥氏体钢室温拉伸性能的影响

注：①中子密度。

②a：未辐照；b：辐照后；c：变化百分数。

(10)工艺性能

钢的冷、热加工性能优良，适宜的热加工温度为900～1150℃，冷加工性能良好，可承受任何形式的冷加工和冷成型。生产板、管、丝、带、管、棒锻件等冶金产品不会出现特殊困难。

钢的热处理工艺通常采用固溶退火，固溶温度为950～1150℃，冷却方式以水冷为宜，薄截面产品可以空冷，冷加工中间退火温度为850～970℃，保温后快冷。此钢亦可采用稳定化处理，热处理温度为850～930℃。

钢的可焊性良好，可采用通常的焊接方法进行焊接。手工电弧焊焊条可使用奥132、奥137、奥022或E347－15(美国牌号)。焊后一般不需要热处理，锅炉钢管焊后要求进行1121℃±28℃，至少保温15分钟的固溶退火处理。

(11)物理性能

钢的物理性能列入表1－114。

表1－114 0Cr18Ni10Ti的物理性能

(12)应用

0Cr18Ni10Ti广泛应用于化工和石油化工以及核工业的耐腐蚀部件和高温焊接构件。如反应器、管道、热交换、大型锅炉过热器、再热器蒸汽管道等。

在核反应堆工程中可用于堆内构件、主管道、紧固件螺栓、热交换器管等。