奧氏體不銹鋼是迄今為止最常用的不銹鋼牌號,占據整個不銹鋼市場約75%的份額。標準奧氏體牌號如304和316不銹鋼的使用和加工已經有近100年的歷史。它們的韌性和延展性非常好,容易成型(可做成復雜的形狀)和焊接。
雙牌號認證的趨勢在過去十年中已越來越重要,在近期已成為“標準做法”。最終它符合最終用戶的利益,因為這種做法可以減少重復庫存,降低不銹鋼的成本。如果一塊不銹鋼持有生產商標明的304/304L,即它有足夠低的碳含量,滿足304L(最大0.030%)的要求,同時又有足夠高的屈服和抗拉強度,符合304牌號的最低要求。類似的,一塊不銹鋼可以是304/304H雙認證的,因為它的碳含量足以滿足304H(最低0.040%)的要求,并且還符合304H的晶粒尺寸和強度的要求。
這里面最重要的一個元素差別即是碳元素的差別,以及由此差別帶來的強度差別。
碳可被看作一種雜質或一種合金元素。碳是有效的奧氏體穩定化元素,并對不銹鋼的強度有重要益處,特別是在高溫下。在大多數奧氏體不銹鋼中,根據牌號的不同,碳含量保持在0.02%~0.04%以下。為了焊接之后能有良好的耐腐蝕性,低碳或“L”牌號的碳含量控制在0.030%以下。為了提高高溫強度,高碳或“H”牌號的碳含量保持在0.04%或稍高。
碳原子較小,在面心立方結構中處于較大的鉻、鎳和鉬原子之間的晶格間隙,這個位置限制了位錯運動,阻礙了延展性變形,使不銹鋼強化。
在升高溫度的條件下如焊接過程中,碳有很強的趨勢與鉻結合在不銹鋼基體中,以富鉻碳化物形式沉淀,二次相更偏于在晶界而不是晶粒中心沉淀,所以碳化鉻容易在晶界形成。
鉻是耐腐蝕所必需的,但碳化鉻從不銹鋼基體中移走了鉻,因為碳化鉻附近區域貧鉻,所以此處比不銹鋼基體其余部位的耐腐蝕性能差。
增大碳含量擴展了溫度范圍,使出現敏化或耐蝕性損失的時間縮短,降低碳含量則延遲或完全避免了焊接中碳化物的形成。低碳牌號如304L和316L碳含量小于0.030%,多數較高合金化的奧氏體牌號如6%Mo不銹鋼碳含量低于0.020%。為了補償碳含量降低帶來的強度的下降,有時添加另一種間隙元素氮來強化不銹鋼。
影響奧氏體不銹鋼強度的主要因素是它們的化學成分,特別是它們的碳氮含量和冷變形量。
根據ASTM A 240, 標準的低碳(L牌號)不銹鋼304L和316L的最小抗拉強度為485MPa。屈服強度隨著碳含量的增加而增加。與L牌號相比,碳含量較高的304最低屈服強度均達到515MPa。
但根據ASME IIC篇的SFA-5.4標準中的焊材熔覆金屬強度則有差異,304L對應的焊材E308L-X的最小抗拉強度為520MPa;304對應的焊材E308-X的最小抗拉強度為550MPa;316L對應的焊材E316L-X的最小抗拉強度為490MPa;316對應的焊材E316-X的最小抗拉強度為520MPa。