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双相不锈钢铁素体含量对腐蚀性的影响
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目录
摘要 (3)
引言 (3)
正文 (4)
1双相不锈钢的定义及分类 (4)
2.双相不锈钢铁素体含量的测量与分析 (4)
2.1化学成分对双相不锈钢中铁素体含量的影响 5
2.2热处理对双相不锈钢中铁素体含量的影响 (6)
3 铁素体含量对双相不锈钢腐蚀性的影响 (7)
3.1 耐全面腐蚀性能 (8)
3.2耐晶间腐蚀性能 (8)
3.3耐应力腐蚀开裂性能 (9)
3.4耐点腐蚀性能 (9)
4实验方案 (10)
4.1点蚀实验 (10)
4.2全面腐蚀实验 (11)
4结论 (11)
5结束语 (11)
摘要
双相不锈钢在以其良好的耐蚀性越来越受到更多的重视，本文通过对双相不锈钢铁素体含量对耐全面腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、点蚀的影响的探究，发现双相不锈钢中铁素体含量在50%左右时具有最好的耐蚀性，期望通过本文研究对实际生产能产生帮助。
关键词：双相不锈钢铁素体合金元素热处理耐蚀性
引言
近十年多来，由于现代工业技术的飞跃发展，双相不锈钢越来越被人们所重视。主要原因为：首先传统的奥氏体不锈钢经常遭到晶间腐蚀、应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等各种腐蚀和破坏。而在这方面人们对双相不锈钢又有了新的认识，双相不锈钢在上述各腐蚀类型中表现出极强的抗腐蚀能力。其次，双相不锈钢有极好的力学性能，其强度为一般奥氏体不锈钢的两倍，且有良好的韧性，根据其强度高的优点，可通过降低产品厚度来降低产品成本，实现经济性。目前,国际上双相不锈钢广泛应用于石油化工业、运输业、纸浆和造纸工业、建筑业等几大领域。国内由于起步较晚,在研究、生产和应用中也相对落后。国内双相不锈钢的使用是有一定局限性的，像国外大量使用双相不锈钢的诸如纸浆和造纸工业、油气工业、运输业、甚至建筑业几个大的领域我们涉及得不多，有的还只是刚刚开始。
我厂目前在容器堆焊的不锈钢多为奥氏体不锈钢，但双相不锈钢在耐腐蚀压力容器设备中被应用得越来越广泛，双相不锈钢及其复合板制造压力容器的技术也逐渐成熟。随着我厂的不断发展将来会接触
到此类产品的订单，因此研究双相不锈钢中铁素体含量对腐蚀的影响对我厂以后生产双相不锈钢压力容器中有重要的意义。
正文
1双相不锈钢的定义及分类
双相不锈钢是在18-8奥氏体不锈钢的基础上,提高Cr含量或者加入其他铁素体元素，使钢具有奥氏体加铁素体双向组织,每一相含量均在30%-70%之间。它在一定程度上兼有奥氏体和铁索体钢的特征：具有较高的强度(尤其是屈服强度)和导热性，良好的加工性和焊接性,较低的线膨胀系数和焊接热裂倾向;同时具有优良的耐应力腐蚀和腐蚀疲劳抗力,是一种极具成本效益的工程材料形成的。
双相不锈钢主要可分为两大类，一类是Cr-Ni系双相不锈钢，这类钢是以铁素体为基的双相不锈钢，按照含铬量的多少，又可分Crl8型，如、(3RE60)、Cr21型00Cr22Ni5Mo2(2205钢)和Cr25型如00Cr25Ni7Mo2(2507钢)，其主要特点是含有较高的铬和较低的镍含；另一类是Cr-Mn-N双相不锈钢(含Cr-Mn-Ni-N)系，这类钢是以奥氏体为基的双相不锈钢，0Cr l7Mn l3Mo2N、1Cr18Mn10Ni5Mo3N 以及1Cr l7Mn9Ni4Mo3Cu2N等，其成分特点是含镍量低,且含有较高的氮。
2.双相不锈钢铁素体含量的测量与分析
双相不锈钢拥有何样的性能同a(铁索体)和γ(奥氏体)相的平衡比例有很大关系。镍和氮在奥氏体相中较多、钼和铬在铁素体相中较多。通过调节双相不锈钢的化学成分和选择合理的热处工艺实现双相不锈钢中铁素体与奥氏体两相的比例。
铁素体含量测定的方法，主要包括磁测法、金相法和化学分析法。
2.1化学成分对双相不锈钢中铁素体含量的影响
本文中利用化学分析法的Schaefier组织图分析双相不锈钢的成分对铁素体含量影响。Schaefier将合金元素分为奥氏体形成元素和铁素体形成元素两类，并按照其形成能力的大小折算成镍当量和铬当量。其当量计算公式为：
铬当量=Cr%+Mo%+1.5×Si％+0.5×Nb%
镍当量=Ni%+30×C%+0.5×Mn%
如表2-1是典型不锈钢的化学成分，图2-1为几种实用双相不锈钢材料在利用Schaefier组织图确定其铁素体含量。
表2-1 部分双相不锈钢的牌号及化学成分(质量分数％）
图2-1 实用双相不锈钢在Cr-Ni当量图中的分布
2.2热处理对双相不锈钢中铁素体含量的影响
图2-2是双相不锈钢在不同热处理制度下铁素体含量的变化的情况。双相不锈钢的试样分别在850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1070℃、1100℃、1150℃、1180℃下保温30分钟后水冷处理，然后采用金相测定标准ΑSTM E562 测定铁素体的含量。
从图2-2中还可知，成分的变化明显地影响着铁素体相的含量。双相不锈钢合适的热处理温度为1050、1100℃，其铁素体含量在50 % 左右，其金相图如图2-3所示。
图2-1不同热处理下铁素体含量的变化
图2-3铁素体含量在50 %时金相图
3 铁素体含量对双相不锈钢腐蚀性的影响
腐蚀有两种主要形式：一种是全面腐蚀，另一种是局部腐蚀。全面腐蚀在实际生产中可以预测其腐蚀速率，危害较小；而局部腐蚀不可预测，危害很大。本文主要讨论了铁素体含量对全面腐蚀和局部腐蚀中晶间腐蚀、应力腐蚀、点蚀的影响。
3.1 耐全面腐蚀性能
众所周知，异相共存易形成微电池并加速腐蚀，但双相不锈钢，却很少发生这种腐蚀。这是因为在双相不锈钢中含有较高的铬和一定量的镍、钼、铜等元素，在一定温度下，钢中固溶的元素在两相的分布相应地平衡，而且还与相比例有关。双相不锈钢的耐蚀性，主要取决于钝化元素的含量及在两相中的配比。不锈钢在强酸和强碱中可能呈现全面腐蚀。因全面腐蚀危害性较小，查到相关资料较少，后文设计实验测定双相不锈钢中铁素体含量对其影响。
3.2耐晶间腐蚀性能
与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢对晶间腐蚀敏感性小，具有优良的耐晶间腐蚀性能。这与存在均匀分布的铁素体相有关。一般来说，奥氏体形成元素，如碳、氮、镍等多富集于相中；而铁素体形成元素，如铬、铝等多富集于相中。当敏化加热时，富铬的碳化物(Cr23C6)优先在于相界相的一侧析出，铬在铁素体相中含量高，扩散速度快，析出碳化铬所造成的贫铬区很快得到铬的补充而容易消除。由贫铬区造成的晶问腐蚀也就减少，以至于不发生。
双相不锈钢产生晶界腐蚀的程度还与两相的比例有关。当铁索体量不大时，相以弧岛状被奥氏体晶粒所包围，即使被腐蚀也因相互未能连接成网络不致造成更大的危险。随着弥散铁素体量的增加，晶界总面积提高(相对降低了晶间碳化物析出浓度)和铁素体相界及其内侧能够吸收更多的碳化物，当达到一定的极限相含量以上时，可以消除晶间腐蚀倾向。但当铁素体相含量过多，呈连续网络状分布。则
其抗晶问腐蚀能力变差。因此，控制适宜的两相比例，防止相聚集长大和采取正确的热处理工艺是十分重要的。
3.3耐应力腐蚀开裂性能
与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢具有更高的耐应力腐蚀开裂性能是其另一优点。双相锈钢耐应力腐蚀开裂性能，随铁素体含量的增加而提高，在约含50%铁素体相时断裂敏感性最小。
国内外多数实用的耐应力腐蚀双相不锈钢属于铁素体-奥氏体类型,过高的铁素体含量，会显示出高铬铁索体不锈钢的固有缺点。双相不锈钢耐氯化物应力腐蚀开裂性能。双相不锈钢耐应力腐蚀开裂的特点可以做如下解释：
1)双相不锈钢具有比奥氏体不锈钢更高的屈服强度，因此它在腐
蚀环境中所能承受的断裂应力也相应提高；
2)第二相的存在对裂纹的扩展有机械阻碍作用。如裂纹起源于奥
氏体基体，一旦扩展到铁素体相，在低应力作用下，铁素体
内难以产生滑移，裂纹的扩展被阻止；而在高应力作用下，
裂纹容易贯穿铁素体相，失去阻碍效果；
3)铁素体相比奥氏体相电位较负，对奥氏体起了电化学牺牲阳极
保护作用。
3.4耐点腐蚀性能
点蚀的腐蚀机理归纳起来主要分为三个阶段：导致钝化膜破裂的过程、蚀坑的成核及蚀坑的早期生长、蚀坑的稳态生长。导致钝化膜的破裂有很多解释，一般认为金属表面钝化膜本身就是不均匀的，总
是存在各种各样的不完整性，并且处于钝态的金属仍有一定的反应能力，钝化膜的溶解和修复(再钝化)处于动态平衡状态，当介质中存在侵蚀性阴离子时，平衡即被破坏，使溶解占优势。
双相不锈钢的点蚀性能主要受合金元素和相比例的影响，Cr是双相不锈钢的主要合金元素，它主要使双相不锈钢易钝化，同时保持钝化膜的稳定性，并增强钝化膜破坏后的修复能力，这是双相不锈钢耐点蚀的基础。但在某些强氧化性酸和一些还原性介质中，单纯依靠Cr不足以保持良好的耐点蚀性，有必要添加抑制阳极溶解的元素如Ni、Mo、Si等。Ni是形成奥氏体和扩大奥氏体区的元素，主要是通过与其它元素配合来控制金属组织结构来保证耐点蚀性。Mo在钢中加入能显著提高耐点蚀性能，它主要在溶液中形成，极易优先被钝化膜破坏区吸附，阻止与Cl离子的接触，并提高钝化膜的稳定性。N 同样是形成奥氏体和扩大奥氏体区的元素，在钢中加人N后，N溶入介质中形成，被钝化膜破坏处的吸附，从而起稳定的作用，达到提高耐点蚀性。近年来的研究发现，Ni、N可以与富Cr、Mo的铁素体相取得平衡，保持双相钢的耐点蚀性能，保证钢中的两相各占约50%左右。因此铁素体含量在50%附近时可保证不锈钢有较好耐点蚀性。
4实验方案
4.1点蚀实验
实验材料双相不锈钢00Cr25Ni7Mo4N为例。其不同热处理工艺铁素体含量变化如图2-2所示，分别取经1150℃、1070℃、1050℃、
1000℃热处理试样中取样，试样采用线切割加工成的30mm×20mm×2mm大小，每个温度各取三块试样，表面不经打磨，测试原始表面。遵照国标17897-1999配制6%的FeCl3溶液，溶液温度50℃，试验周期24小时。比较试验前后的钢板变面的腐蚀情况。
4.2全面腐蚀实验
分别取经1150℃、1070℃、1050℃、1000℃热处理后双相不锈钢00Cr25Ni7Mo4N试样，试样采用线切割加工成的20mm×10mm×2mm 大小，每个温度各取三块试样，表面不经打磨，配制5%的硫酸溶液，溶液沸腾，试验周期1周。测量实验前后的质量变化，比较腐蚀速率。4结论
1)双相不锈钢中铁素体含量通过材料的化学分和热处理工艺调节。
2) 双相不锈钢中铁素体含量对耐全面腐蚀的影响有待实验分析。
3) 双相不锈钢铁素体含量对耐晶间腐蚀性的影响：随铁素体含量的增加，耐腐蚀性先增加后降低，存在最优比值。
4）双相不锈钢中铁素体含量对耐应力腐蚀的影响:随铁素体含量的增加而提高，在约含50%铁素体相时断裂敏感性最小。
5)双相不锈钢中铁素体含量对耐点蚀的影响:50%附近时可保证不锈钢有较好耐点蚀性。结论待验证。
5结束语
石油化工设备由于中强酸强碱造成的局部点蚀、应力腐蚀以及孔穴式腐蚀现象一般不锈钢难以胜任，双相不锈钢具有很强的各类抗腐
蚀性能，还具有很好的强度和韧性，将会越来越多的在生产中使用。西气东输工程西起塔里木盆地的集气管线考虑要用双相不锈钢焊管。在南京，镇海，天津，济南等炼化公司，双相不锈钢多集中用在常减压蒸馏塔的塔顶衬里（或复合板）、塔内构件、空冷器和水冷器等，河南煤化工厂的粉煤气化装置的数台冷却器都是采用进口2205钢管制造。此外双相不锈钢在核电设备也有广泛的应用。
随着压力容器设备朝着大型化、更好耐腐蚀性和我厂产品多样化的发展趋势，双相不锈钢应用在压力容器制造上既是一个机遇也是一个挑战，双相不锈钢经过长时间的发展和完善，从生产、加工制造及应用来看，在一些用途上取代了奥氏体不锈钢。它以其优越的力学与耐腐蚀综合性能赢得了使用者的青睐，已成为既节省重量又节省投资的优良的耐蚀工程材料。近年随着超级双相不锈钢的步入市场，为扩大双相不锈钢的选用和新钢种的开发进一步创造了条件。
奥氏体马氏体铁素体不锈钢区别? 铁素体型不锈钢 它的内部显微组织为铁素体，其铬的质量分数在11.5％~32.0%范围内。随着铬含量的提高，其耐酸性能也提高，加入钼（Mo）后，则可提高耐酸腐蚀性和抗应力腐蚀的能力。这类不锈钢的国家标准牌号有00Cr12、1Cr17、00Cr17Mo、00Cr30Mo2等。 430是铁素体不锈钢。 铁素体不锈钢是含铬大于14％的低碳铬不锈钢，含铬大于27％的任何含碳量的铬不锈钢，以及在上述成分基础上再添加有钼、钛、铌、硅、铝、、钨、钒等元素的不锈钢，化学成分中形成铁素体的元素占绝对优势，基体组织为铁素。这类钢在淬火（固溶）状态下的组织为铁素体，退火及时效状态的组织中则可见到少量碳化物及金属间化合物。 属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。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，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。 马氏体型不锈钢 它的显微组织为马氏体。这类钢中铬的质量分数为11.5％~18.0％，但碳的质量分数最高可达0.6％。碳含量的增高，提高了钢的强度和硬度。在这类钢中加入的少量镍可以促使生成马氏体，同时又能提高其耐蚀性。这类钢的焊接性较差。列入国家标准牌号的钢板有1Cr13、2 Cr13、3Cr13、1Cr17Ni2等。 410是马氏体不锈钢，其中碳最大含量为0.15%，锰最大含量1.00%，硅最大含量为1.00%，铬含量为11.50~13.50%。为通用型可热处理不锈钢，耐腐蚀，耐热，硬度可达42HRC或更高些。 奥氏体型不锈钢 其显微组织为奥氏体。它是在高铬不锈钢中添加适当的镍（镍的质量分数为8％~25%）而形成的，具有奥氏体组织的不锈钢。奥氏体型不锈钢以Cr18Ni19铁基合金为基础，在此基础上随着不同的用途，发展成图1-2所示的铬镍奥氏体不锈钢系列。 奥氏体、铁素体、马氏体不锈钢在用途上如何区分？ 工业上应用的不锈钢按金相组织可分为三大类：铁素体不锈钢，马氏体不锈钢，奥氏体不锈钢。可以把这三类不锈钢的特点归纳(如下表)，但需要说明的是马氏体不锈钢并不是都不可焊接，只是受某些条件的限制，如焊前应预热焊后应作高温回火等，而使焊接工艺比较复杂。实际生产中一些马氏体不锈钢如1Cr13，2Cr13以及2Cr13与45钢焊接还是比较多的。 马氏体不锈钢属于铬不锈钢。 由于含碳量高，碳化铬多，钢的耐蚀性能下降，虽可通过热处理的方法改善，但防腐性不高。马氏体不锈钢多用于制造力学性能要求较高，并有一定耐蚀性能要求的零件，如汽轮机叶片、喷嘴、阀座、量具、刃具等。 铁素体不锈钢也属于铬不锈钢。 含碳量小，抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀能力强，有高温抗氧化性能好等特点。主要用于制作化工设备中的容器、管道。 奥氏体不锈钢属于铬镍不锈钢。
铁素体不锈钢发展与前景 [我的钢铁] 2008-08-13 10:26:37 一．铁素体不锈钢的发展 近年来，全球资源供应紧张，有色金属市场也水涨船高，尤其07年上半年以前是镍价不断攀升，给不锈钢企业带来了很大的成本压力。镍价的大幅波动以及房屋建筑领域需求的减少，使得300系不锈钢的需求受到影响（见下图1）。原材料价格的飞涨，使得一些低镍的奥氏体不锈钢开始在市场盛行，当然这也给铁素体不锈钢带来了一定发展空间。 图 1 二．铁素体的分类与优势 铁素体不锈钢成本低廉，价格稳定，并且具有许多独特的特点和优势，能够在多领域中替代奥氏体不锈钢。铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢相比，铁素体不锈钢镍含量少，主要原料是铬和铁，为强化某些特殊性能，一些铁素体不锈钢还含有其他合金元素，如钼。同时铁素体不锈钢不仅拥有昂贵的奥氏体不锈钢大多数力学性能和耐蚀性能，还在一些性能上优于奥氏体，特别在成型性、耐蚀性、抗氧化性上表现出色，被称为“经济型”不锈钢。 1.铁素体不锈钢的化学成分
铁素体不锈钢分为五大类，其中前三类为标准牌号，是迄今为止用量最大且应用范围最广的不锈钢，此外，后两类为特殊牌号，使用于某些有特殊要求的领域（见图2）。 图 2 第一类，由于含铬量最低，因此价格也最便宜，适合在没有腐蚀或轻微腐蚀及允许有局部轻微生锈的环境下使用。其中，409型不锈钢主要使用在汽车排气系统中。而410L型不锈钢常用于容器、公共汽车和长途大轿车，也有用作液晶显示器的外框。λ 第二类，即通常使用最广的430不锈钢，含较高的铬，具有较好的耐蚀性，通常在室内使用，典型的用途包括洗衣机滚筒，室内面板等，其多数性能与304类似，在某些领域可替代304不锈钢如厨房设施，洗碗机，壶和锅等。这类型具有足够的耐蚀性。λ 第三类，这类型较430型具有良好的焊接性和成形性。在多数情况下，其性能甚至优于304。典型用途包括水槽，热交换管（制糖业，能源等），汽车排气系统（比409寿命长）和洗衣机的焊接部位。这类型甚至可替代304用于性能要求更高的场合。λ 第四类，这类型添加了来钼增加耐蚀性，主要应用领域是热水箱，太阳能热水器，汽车排气系统，电加热壶和微波炉部件，汽车装饰条和户外面板等，其中，444钢的耐蚀性能与316相当。λ 第五类，这类型的耐蚀性和抗氧化性优于316，主要是通过添加了更多的铬和含有钼来提高耐蚀性和抗氧化性。主要用于沿海和其它高耐蚀环境。例如JIS447的耐蚀性与金属钛相当。λ 2.铁素体不锈钢的优势
世界不锈钢发展史 （https://www.doczj.com/doc/d96830342.html,） 不锈钢一般是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢，而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。 不锈钢自本世纪初问世，到现在已有90多年的历史。不锈钢的发明是世界冶金史上的重大成就。 20世纪初，吉耶（L.B.Guillet）于1904年—1906 年和波特万（A.M.Portevin）于1909—1911年在法国；吉森（W.Giesen）于1907—1909年在英国分别发现了Fe—Cr和Fe—Cr-Ni合金的耐腐蚀性能。蒙纳尔茨（P.Monnartz）于1908-1911年在德国提出了不锈性和钝化理论的许多观点。 工业用不锈钢的发明者有：布里尔利（H.Brearly）1912—1913年在英国开发了含Cr12%—13%的马氏体不锈钢；丹齐曾（C.Dantsizen）1911—1914年在美国开发了含Cr14%—16%，C 0.07%—0.15%的铁素体不锈钢；毛雷尔（E.Maurer）和施特劳斯（B.Strauss）1912—1914年在德国开发了含C<1%，Cr 15%—40%，Ni<20%的奥氏体不锈钢。1929年，施特劳斯（B.Strauss）取得了低碳18-8（Cr- 18%，Ni-8%）不锈钢的专利权。为了解决18-8钢的敏化态晶间腐蚀，1931年德国的霍德鲁特（E.Houdreuot）发明了含Ti的18-8 不锈钢（相当于现在的1Cr18Ni9Ti或AISI321）。 几乎与此同时，在法国的Unieux实验室发现了奥氏体不锈钢中含有铁素体时，钢的耐晶间腐蚀性能会得到明显改善，从而开发了γ+α双相不锈钢。1946年，美国的史密斯埃塔尔（R.Smithetal）研制了马氏体沉淀硬化型不锈钢17-4PH；随后既具有高强度又可进行冷加工成形的半奥氏体沉淀硬化不锈钢17-7PH和PH15-7Mo等相继问世。至少，不锈钢家族中的主要钢类，即马氏体、铁素体、奥氏体、α+γ双相以及沉淀硬化型等不锈钢*便基本齐全了，且一直延续到现在。 当然，40-50年代，节Ni的Cr-Mn-N和Cr- Mn-Ni-N不锈钢，超低碳（C≤0.03%）奥氏体不锈钢；60年代，γ:α近于1的α+γ双相不锈钢和C+N≤150ppm的高纯铁素体不锈钢以及马氏体时效不锈钢的出现，虽然也属于不锈钢领域内的重大进展，但是，这些新钢种本质上仍属于前述五大类不锈钢，仅仅是具体钢类中某些钢种的新发展。 不锈钢中，除C，Cr,Ni等元素外，根据不同用途对性能的要求，进一步用Mo,Cu,Si,N,Mn,Nb,Ti等元素合金化或进一步降低钢中的C,Si,Mn,S,P等元素，又研制出许多新钢种。例如，为解决氯化物的点蚀、缝隙腐蚀用的高纯、高铬钼铁素体不锈钢00Cr25Ni4Mo4，,00Cr29Mo4Ni2,00Cr30Mo2和高Mo含N的Cr-Ni双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3N，00Cr25Ni7Mo3CuN等；为提高低碳、超低碳Cr-Ni奥氏体不锈钢的强度和耐蚀性而出现的控氮不锈钢；为提高Cr-Ni奥氏体不锈钢耐局部腐蚀性能并抑制钢中金属间相的析出而研制的高Cr，Mo且高氮量的超级奥氏体不锈钢，如00Cr25Ni20Mo6CuN，00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN；为耐发烟硝酸以及耐浓硫酸（93%—98%）而发展的高硅（Si—6%）不锈钢。 此外还有一些专用不锈钢问世，例如核能级，硝酸级、尿素级、食品级不锈钢等等。据统计，世界范围内已纳入各种标准（包括厂标）的牌号已有百余种，而未纳标的非标准牌号就更多了。尽管如此，目前各工业先进国家大量生产和广泛应用的不锈钢牌号，仅限于马氏体、铁素体和奥氏体类的近十几个牌号。 信用行（https://www.doczj.com/doc/d96830342.html,）现货采购平台不锈钢基础知识连载。
铁素体不锈钢的发展与应用 摘要： 铁素体不锈钢作为一种不含镍的铬系不锈钢，具有含镍不锈钢所具有的成形性、经济性、耐蚀性、抗氧化性等性能，具有成本低、耐应力腐蚀性能优异等显著特点，被称为经济型不锈钢。本文主要分析了铁素体不锈钢的发展以及其合金化，同时介绍了基于铁素体不锈钢特性的各种应用。 关键字：铁素体不锈钢发展应用 不锈钢在如今已得到广泛应用，这是因为它具有许多优越特性，如可成形性、强度及耐腐蚀性。不锈钢开始商业化生产并作为材料用于各种用途大约只有短短50年的历史。304型及430型不锈钢因其最常用而为大家所熟知，其产量占到不锈钢总产量的一半以上。但是，近十年来对不锈钢的需求显著增长，因此，人们一直在开发适用于各种用途的不同种类的不锈钢。以430型不锈钢为代表的铁素体不锈钢的生产成本比奥氏体不锈钢要低。因而，用铁素体不锈钢制造的产品现在发展很快，例如，铁素体不锈钢的用途之一是制作汽车尾气排放控制系统[1,2,3]。为了这种用途，现在已经开发了许多种铁素体不锈钢。在宝钢不锈钢事业部总经理楼定波看来，铁素体不锈钢不含镍，可以回避镍价的波动带来的风险；它同样可以防腐、防锈，但价格比含镍的不锈钢具有竞争力，并且，比含镍不锈钢制造更有门槛。 1 铁素体不锈钢的发展优势及劣势 1.1 铁素体不锈钢的发展优势 铁素体不锈钢具有体心立方晶体结构。除个别牌号外，一般不含稀缺的贵重元素镍。低铬铁素体不锈钢又称为经济不锈钢；中、高铬铁素体不锈钢与所能代用的铬镍奥氏体不锈钢相比，成本和价格也较低。铁素体不锈钢屈服强度较铬镍奥氏体钢高，伸长率稍低，但加工硬化倾向小，易于冷镦，也易切削。 众所周知，铬镍奥氏体不锈钢对应力腐蚀非常敏感，在奥氏体不锈钢制设备、构件等的失效事例中，应力腐蚀破坏事故占有很大比例，而铁素体不锈钢耐应力腐蚀性能优异，虽然在试验室内一些条件下人们也曾发现铁素体不锈钢也产生应力腐蚀的某些现象，但在实际工程应用中，国内外都很少见到铁素体不锈钢产生应力腐蚀破坏的实例。 铁素体不锈钢具有铁磁性，导热系数高，约为铬镍奥氏体不锈钢的130％～150％，非常适用于有热交换的用途；线膨胀系数小，仅为铬镍奥氏体不锈钢的60％～70％，非常适用于热胀、冷缩，有热循环的使用条件。 1.2 铁素体不锈钢的发展劣势 铁素体不锈钢是一种节镍钢，强度高，冷加工硬化倾向较低，导热系数为奥氏体不锈钢的130％～150％，线膨胀系数仅为Cr—Ni奥氏体不锈钢的60％～70％。虽然有上述优点，但与奥氏体不锈钢相比，其用途有限，这主要是因为铁素体不锈钢，特别是Cr>16％的铁素
铁素体不锈钢的发展及展望 摘要：根据国内外不锈钢市场的状况，对比分析了铁素体不锈钢相对于奥氏体不锈钢的优缺点，阐述了提高铁素体不锈钢质量的措施，展望了铁素体不锈钢的良好发展前景。 关键词：不锈钢铁素体奥氏体应用情况提高质量 1 前言 2 004年北京国际现代铁素体不锈钢大会上通过广泛的交流，使大家更加清楚地看到了国内在生产和使用铁素体不锈钢方面与国际发达国家相比使用比例低，使用领域窄的差距。国际平均使用比例是25％，法国65％、日本35％、美国34％、而我国是10％左右。发达国家已经广泛使用在汽车、电子产品、屋顶材料、集装箱、家电产品、水箱、蓄水池等领域，在许多方面替代300系列。而在我国使用面还很有限，主要集中在制品方面；在生产工艺技术水平方面，中国也有差距，特别是超低碳、超低氮铁素体不锈钢的冶炼、表面质量和成本控制等方面。最后是新品种的研究开发方面也有一定的差距。 中国的不锈钢消费中奥氏体钢占90%，铁素体和其他的钢类所占比例还不到10%，这种现状也引发了不锈钢的迅速发展与镍资源供应紧张之间的矛盾。为此，作为中国的不锈钢行业组织中国特钢协不锈钢分会特别提出：要大力推广铁素体不锈钢。 2 铁素体不锈钢较奥氏体不锈钢的优缺点 铁素体不锈钢一般不含稀缺的贵重元素镍。低铬铁素体不锈钢又称为经济不锈钢；中、高铬铁素体不锈钢与所能代用的铬镍奥氏体不锈钢相比，成本和价格也较低。铁素体不锈钢屈服强度较铬镍奥氏体钢高，伸长率稍低，但加工硬化倾向小，易于冷镦，也易切削。众所周知，铬镍奥氏体不锈钢对应力腐蚀非常敏感，在奥氏体不锈钢制设备、构件等的失效事例中，应力腐蚀破坏事故占有很大比例，而铁素体不锈钢耐应力腐蚀性能优异，虽然在试验室内一些条件下人们也曾发现铁素体不锈钢也产生应力腐蚀的某些现象，但在实际工程应用中，国内外都很少见到铁素体不锈钢产生应力腐蚀破坏的实例。铁素体不锈钢具有铁磁性，导热系数高，约为铬镍奥氏体不锈钢的130％～150％，非常适用于有热交换的用途；线膨胀系数小，仅为铬镍奥氏体不锈钢的60％～70％，非常适用于热胀、冷缩，有热循环的使用条件。 但是，铁素体不锈钢为什么没有得到很快的发展呢?这是因为铁素体不锈钢本身存在三个主要问题：第一，在热轧或退火后必须严格控制冷却速度。如果缓慢地冷却通过37O～550C温度区，或者像耐热钢使用中那样在该温度区长期停留，这种钢就会变脆。第二．铁素体型不锈钢焊接性能差。在焊缝热影响区，铁素体晶粒长大或粗化。此外．在高温区，部分铁素体转变成奥氏体，并在随后的冷却过程中转变成脆性的马氏体。这两种影响方式的共同作用．使得焊缝非常脆。虽然二次退火可以把马氏体转变成铁素体．但是，这并不能把已经粗化的铁素体晶粒再细化。第三，当其承受的温差太大时，这一点在夏氏冲击试验或悬臂式冲击试验中记录的所吸收能量显著下降而得到证实。这种钢在实际应用中，表现为不能抗冲击，容易产生裂纹。 3 铁素体不锈钢应用情况 一、家电行业广泛使用铁素体不锈钢 在家电行业中首先是洗衣机。当前最流行的是对衣服摩损最小的滚筒式洗衣机，由于
铁素体不锈钢的种类和特性 原创：不锈钢分会中国特钢企业协会不锈钢分会 目录 一五大类铁素体不锈钢 (2) 二现代铁素体不锈钢的优异性能 (4) 三优良的成形性能 (5) 四独特的磁性能 (5) 五独特的技术优势 (6) 六匹配即完美 (7) 不锈钢之所以“不锈”，是由于所含的铬使其具有显著的耐蚀性。铁素体不锈钢也不例外。铁素体不锈钢主要元素为铬（≥10.5%）和铁，有的牌号仅含铬，有的牌号除铬外，还含有其他元素（如Mo、Ti、Nb 等）以获得一些特殊性能。 铁素体不锈钢含铬不含镍，而铬的价格在历史上相对稳定，因此与含镍的奥氏体不锈钢相比，其成本更低、更稳定。 铁素体不锈钢具有奥氏体不锈钢的大多数力学性能和耐 蚀性能，并且还有许多优于奥氏体不锈钢的独特性能。因此铁素体不锈钢能够： -- 在不锈钢家族中作为304不锈钢的补充（304仍然是使用范围最广、最常用的牌号）； -- 替代200 系不锈钢（通常具有更好的使用性能）； -- 由于其特殊性能，可在许多领域替代其他材料如碳钢、Cu、Zn、Al、塑料等，甚至在原本只能采用奥氏体不锈钢的领域，也可能成为优秀的替代材料。
采用铁素体不锈钢的用户通常会得益于其技术性能及较低的寿命周期成本。 铁素体不锈钢的“磁性”并不是“负面”的，而是它区别于其它不锈钢的一种特殊性能。 大家熟知的标准铁素体不锈钢409、410 和430在全世界都可买到。它们在洗衣机滚桶、排汽系统等许多重要应用领域都非常成功。实际上铁素体不锈钢在各个领域都有巨大的应用潜力。 新开发的铁素体不锈钢如439，441，444等，能够用于更广泛的领域。它们可加工成复杂的形状，并以最普通的连接方式进行连接和焊接。添加了钼的铁素体不锈钢444对局部腐蚀的耐蚀能力至少可与奥氏体不锈钢316 相当。 铁素体不锈钢由于成本、特性和供货渠道方面的优势，成为理想的选材。 一五大类铁素体不锈钢 铁素体不锈钢分为五大类，其中1-3类为标准牌号，4-5类为特殊牌号。迄今为止，用量最大和应用范围最广的主要集中于标准钢号。因此，标准铁素体不锈钢一般完全能够满足和适用大多数应用领域的要求。 第1 类-- Cr 含量：10%-14%；典型牌号409，410L 。
铁素体不锈钢新工艺技术 一．铁素体不锈钢的超纯化 铁素体不锈钢不含Ni或仅含少量Ni，与奥氏体不锈钢相比较，生产成本较低。铁素体不锈钢冷加工硬化倾向较低；导热系数高，为奥氏体不锈钢的130%~150%；线膨胀系数低，仅为CrNi不锈钢的60%~70%；其耐氯化物应力腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能优良。虽然有上述优点，但铁素体不锈钢存在的一些严重缺点限制了它的使用。其最大缺点是韧性不足、晶间腐蚀敏感、焊接性能差。 研究表明，这个问题主要是由间隙元素碳、氮所致。由于碳、氮在铁素体中的溶解度很低且在体心立方晶格中的扩散速度快，故在铁素体钢中极易生成碳化物和氮化物，造成晶界贫铬和晶间腐蚀。实验表明，通过降低铁素体不锈钢中C+N含量，就能够显著改善其腐蚀性能，力学性能和焊接性能。以26Cr1Mo钢为例，当C+N<(100~130)×10-6时，焊接后就不会产生晶间腐蚀；当C+N<(60~80)×10-6时，可在恶劣的点蚀环境中使用；当C+N<65×10-6时就能够不产生低温脆性。因此，超纯铁素体不锈钢是现代铁素体不锈钢的发展方向，一般要求C+N<150×10-6这样的低间隙元素含量，而且需要添加钛、铌、铜、铝、钒等微量元素，以改善其性能。近年来，通过降低铁素体不锈钢中碳、氮含量和优化钼、钛、铌的质量分数，发展了一系列性能优越的超纯铁素体不锈钢。 铁素体不锈钢在冶炼过程中需要采用真空冶金手段，尽可能降低钢液中的碳和氮，这是超纯铁素体不锈钢冶炼时的核心问题。现有的不锈钢精炼方法，如AOD，VOD，VCR，等等，将碳降到50ppm以下在技术上已不存在困难，但要将氮降到50ppm以下，却很困难。因此，超高纯铁素体不锈钢生产的关键是要解决脱氮问题。 研究工作表明：不锈钢精炼过程中的脱氮是与脱碳过程同时进行的，脱碳速度越高，脱碳量越大，脱氮量也就越大。在[C]<0.1的低碳范围内进行真空脱碳时，脱氮速度主要决定于底吹氩气的搅拌强度。常规VOD法吹氩强度小，因漏入空气而有增氮倾向；SS-VOD吹氩强度是常规VOD的2~4倍，真空吹氩搅拌时仍能脱氮；VOD-PB法的脱碳机制不同于常规VOD的顶吹氧，其脱氮条件优于SS-VOD。VCR法低碳区精炼阶段的底吹氩搅拌强度是SS-VOD的13~17倍，强烈的搅拌大大增加了钢液比表面积，减少了气钢界面上[N]的传质阻力，气相中氮分压可降至0.38torr，对冶炼超低碳、氮不锈钢十分有利。 日本各大钢铁公司自上世纪70年代中期以来采用大型AOD和VOD精炼设备，在工业规模上以很低的成本大批量生产一系列低〔C+N〕含量超纯铁素体不锈钢。经过十多年的历史，工艺流程日趋完善，精炼技术日益成熟，所生产的各种牌号超纯铁素体不锈钢在许多方面的应用领域里已逐步取代了奥氏体不锈钢。我国在超纯铁素体不锈钢的生产和应用方面与日本尚有很大的差距，必须努力缩短这种差距。 二．铁素体不锈钢晶粒细化新方法 目前，我国汽车工业飞速发展，汽车用不锈钢使用量增长很快，尤其在汽车排气系统中的
不锈钢中所含各元素的作用 目前，已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。 一、各种元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用 1-1铬在不锈钢中的决定作用：决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方面得到说明： ①铬使铁基固溶体的电极电位提高
②铬吸收铁的电子使铁钝化 钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。 1-2. 碳在不锈钢中的两重性 碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。 认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。 例如工业中应用最广泛的，也是最起码的不锈钢——0Crl3～4Cr13这五个钢号的标准含铬量规定为12～14％，就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才决定的，目的即在于使碳与铬结合成
奥氏体不锈钢于铁素体不锈钢的判别 奥氏体不锈钢 这类钢含有较多扩大y区和稳定奥氏体的元素，在高温时为均为y相，冷却时由于Ms点在室温以下，所以在常温下具有奥氏体组织。18-8，18－12、25-20、20-25Mo等铬镍不锈钢，以锰代替部分镍并加氮的低镍不锈钢如Cr18Mnl0Ni5,Cr13Ni4Mn9, Cr17Ni4Mn9N,Cr14Ni3Mnl4Ti钢等均属于这一类。 铁素体不锈钢 含铬大于14％的低碳铬不锈钢，含铬大干27％的任何含碳量的铬不锈钢，以及在上述成分基础上再添加有钼、钛、铌、硅、铝、、钨、钒等元素的不锈钢，化学成分中形成铁素体的元素占绝对优势，基体组织为铁素。这类钢在淬火（固溶）状态下的组织为铁素体，退火及时效状态的组织中则可见到少量碳化物及金属间化合物。 属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。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，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。 有无磁性 铁素体不锈钢有磁性，奥氏体不锈钢无磁性。 但其冷加工硬化生成成氏体相变时将会产生磁性，可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。 金相组织 奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，常用符号A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。其溶碳能力较大，在727℃时溶碳为ωc＝0.77％,1148℃时可溶碳2.11％。奥氏体是在大于727℃高温下才能稳定存在的组织。 奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。 不锈钢中的“铁素体”,指的是碳溶解在a－Fe中的间隙固溶体，其溶碳能力很小，常温下仅能溶解为0.0008％的碳，在727℃时最大的溶碳能力为0.02％,它仍保持的体心立方晶格。常用符号F表示。由于铁素体含碳量很低，其性能与纯铁相似，塑性、韧性很好，伸长率δ＝45％～50％。强度、硬度较低，σb≈250MPa，而HBS＝80。 铁素体不锈钢.指的是在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。它的含铬量在
铁素体不锈钢 铁素体不锈钢在机械设备上应用的广泛性仅次于奥氏体不锈钢。这类钢的特点是：在室温下其显微组织为铁素体，它具有强烈的磁性，不能用淬火方法使之硬化; 与奥氏体钢相比，铁素体不锈钢的导热系数较大，比电阻小、膨胀系数也较小; 对氯化物应力腐蚀开裂不敏感，另外，由于含有较高的铬和钼，故耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能良好; 在成分上不含贵重元素镍，故价格较为低廉。 铁素体不锈钢的一个共性问题是：焊接接头的冲击韧性低、脆性倾向大等缺点，从而大大限制了它的应用。为了克服这些缺点，近些年来已研制并生产出了一系列碳氮含量极低 (C+N<0.015%) 的高纯高铬铁素体不锈钢。它们具有较好的塑性与焊接性能，并且有很好的抗应力腐蚀开裂性能及良好的抗晶间腐蚀性能。 1. 铁素体不锈钢的耐腐蚀性能 铁素体不锈钢对晶间腐蚀的敏感性较高。普通的铁素体不锈钢的抗点腐蚀性能和抗缝隙腐蚀性能也并不好。但加钼后，其耐蚀性能有所改善。 铁素体不锈钢对硝酸等氧化性介质有良好的耐蚀性，与同等铬含量的Cr-Ni 奥氏体不锈钢相当，随着铬含量的增加，其耐氧化性介质腐蚀的能力增强。但对还原性介质，铁素体不锈钢的耐蚀性则不如Cr-Ni奥氏体不锈钢。 铁素体不锈钢的最突出优点是在氯化物介质中具有良好的抗应力腐蚀开裂性能，比Cr-Ni奥氏体不锈钢优越得多。另外，在含微量氯离子和氧的热水和高温水介质中以及在苛性钠水溶液中，铁素体不锈钢也有优良的抗应力腐蚀开裂性能。 2.铁素体不锈钢的热处理 铁素体不锈钢热处理的目的，主要是消除因冷变形加工及焊接所导致的内应力而使之软化。对于铸件，主要是通过热处理消除偏析，使组织趋于均匀以及消除475℃脆性。热处理温度的选择应注意两点：不应低于540℃和高于900℃。通常多控制在700～850℃之间。 3. 应用铁素体不锈钢时应注意的几个问题 (1) 475℃脆性问题。若将含铬量12%以上的铁素体不锈钢加热到340℃以上特别是在400～500℃范围内等时间加热，钢的韧性要明显降低而变脆。这种脆
不锈钢发展简史 不锈钢的发明是世界冶金史上的一项重大成就。20世纪初，吉耶（L.B.Guillet）于1904年—1906年和波特万（A.M.Portevin）于1909—1911年在法国；吉森（W.Giesen）于1907—1909年在英国分别发现了Fe—Cr和Fe—Cr-Ni合金的耐腐蚀性能。蒙纳尔茨（P.Monnartz）于1908-1911年在德国提出了不锈性和钝化理论的许多观点。 工业用不锈钢的发明者有：布里尔利（H.Brearly）1912—1913年在英国开发了含Cr12%—13%的马氏体不锈钢；丹齐曾（C.Dantsizen）1911—1914年在美国开发了含Cr14%—16%，C 0.07% —0.15%的铁素体不锈钢；毛雷尔（E.Maurer）和施特劳斯（B.Strauss）1912—1914年在德国开发了含C<1%，Cr 15%—40%，Ni<20%的奥氏体不锈钢。1929年，施特劳斯（B.Strauss）取得了低碳18-8（Cr-18%，Ni-8%）不锈钢的专利权。 为了解决18-8钢的敏化态晶间腐蚀，1931年德国的霍德鲁特（E.Houdreuot）发明了含Ti的18-8不锈钢（相当于现在的1Cr18Ni9Ti或AISI 321）。几乎与此同时，在法国的Unieux 实验室发现了奥氏体不锈钢中含有铁素体时，钢的耐晶间腐蚀性能会得到明显改善，从而开发了γ+α双相不锈钢。 1946年，美国的史密斯埃塔尔（R.Smithetal）研制了马氏体沉淀硬化型不锈钢17-4PH；随后既具有高强度又可进行冷加工成形的半奥氏体沉淀硬化不锈钢17-7PH和PH15-7Mo等相继问世。至少，不锈钢家族中的主要钢类，即马氏体、铁素体、奥氏体、α+γ双相以及沉淀硬化型等不锈钢*便基本齐全了，且一直延续到现在。当然，40-50年代，节Ni的Cr-Mn-N 和Cr-Mn-Ni-N不锈钢，超低碳（C≤0.03%）奥氏体不锈钢；60年代，γ:α近于1的α+γ双相不锈钢和C+N≤150ppm的高纯铁素体不锈钢以及马氏体时效不锈钢的出现，虽然也属于不锈钢领域内的重大进展，但是，这些新钢种本质上仍属于前述五大类不锈钢，仅仅是具体钢类中某些钢种的新发展。 不锈钢中，除C，Cr,Ni等元素外，根据不同用途对性能的要求，进一步用Mo,Cu,Si,N,Mn,Nb,Ti等元素合金化或进一步降低钢中的C,Si,Mn,S,P等元素，又研制出许多新钢种。例如，为解决氯化物的点蚀、缝隙腐蚀用的高纯、高铬钼铁素体不锈钢00Cr25Ni4Mo4，,00Cr29Mo4Ni2,00Cr30Mo2和高Mo含N的Cr-Ni双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3N，00Cr25Ni7Mo3CuN等；为提高低碳、超低碳Cr-Ni奥氏体不锈钢的强度和耐蚀性而出现的控氮不锈钢；为提高Cr-Ni奥氏体不锈钢耐局部腐蚀性能并抑制钢中金属间相的析出而研制的高Cr，Mo且高氮量的超级奥氏体不锈钢，如00Cr25Ni20Mo6CuN，00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN；为耐发烟硝酸以及耐浓硫酸（93%—98%）而发展的高硅（Si—6%）不锈钢。 此外还有一些专用不锈钢问世，例如核能级，硝酸级、尿素级、食品级不锈钢等等。据统计，世界范围内已纳入各种标准（包括厂标）的牌号已有百余种，而未纳标的非标准牌号就更多了。尽管如此，目前各工业先进国家大量生产和广泛应用的不锈钢牌号，仅限于马氏体、铁素体和奥氏体类的近十几个牌号。
我国高强不锈钢的发展现状及展望 宋为顺梁剑雄赵先存 ( 钢铁研究总院 ) 摘要 不锈钢,特别是占不锈钢总产量70-80%的奥氏体不锈钢,因具有非常优越的不锈性、耐蚀性、高温性、低温性、无磁性以及良好的工艺性而获得广泛的应用，但主要缺点是强度偏低，耐应力腐蚀性能较差，因而发展高强高韧、综合性能良好的高强不锈钢，一直是不锈钢研究的重点之一。 Development and prospects of high strength stainless steel in China Songweishun liangjianxiong zhaoxiancun （Central Iron & Steel Research Institute） About stainless steel special austenite stainless steel which is 70%--80% of the stainless steel total output . It is widely application for superior corrosion resistance , high temperature properties , low temperature properties , no-magnetism and good technological properties . But the low strength of austensite stainless steel is the chief weakness , and stress corrosion resistance is not good . So to develop the high strength-toughness and good comprehensive properties stainless steel becomes one of the research point in stainless steel . 1. 国外高强不锈钢的发展 1.1 冷轧不锈钢 以亚稳定的AISI301不锈钢为代表,在冷轧后由于形成马氏体,使钢具有很高的强度(＞1500MPa),但焊后焊缝强度下降,因而限制了它的广泛应用。 1.2 沉淀硬化不锈钢 这是20世纪40年代末发展起来的钢类,它分为马氏体沉淀硬化不锈钢、半奥氏体沉淀硬化不锈钢和奥氏体沉淀硬化不锈钢三种。 1.2.1 马氏体沉淀硬化不锈钢 以1948年美国发明的17-4PH钢为代表,它是在马氏体基体上析出富铜的ε相而强化。该类钢的优点是强度高(ζ≥1350Mpa)、耐蚀性好、热处理简单、易焊接。缺点是：即使在软化状态，延伸率仍不能满足深冲的需要，因而一般不适合生产薄板和带；另外它的高温性能差，在350-400℃长期使用有脆化的倾向且冲击性能较低。 1.2.2 半奥氏体沉淀硬化不锈钢 以17-7PH及PH15-7Mo为代表，固溶状态为奥氏体组织，在此状态可以进行焊接、成型。通过调整处理，必要时采用负温处理，使奥氏体转变为马氏体，最后通过沉淀硬化而进一步提高强度。该类钢的优点是可以在固溶状态承受各种冷、热加工及焊接，经一系列热处理后可得到高强度（ζb≥1600MPa ）；在540 ℃以下具有好的高温强度；耐蚀性，尤其是耐应力腐蚀性能较好。其缺点是：在350~400℃以上长期使用后有脆化的倾向；钢的成分区间太窄，因此生产难以控制；热处理制度复杂且温度控制范围窄；低温韧性差，脆性转变温度约为-100℃；容易加工硬化。 1.2.3 奥氏体沉淀硬化不锈钢 以A-286为代表，在奥氏体基体上采用Ni Al、M C、Fe Mo 等相强化，强度达1000MPa。该钢类具有好的
不锈钢简介： 不锈钢通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含水量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。 不锈钢牌号分组 200 系列—铬-镍-锰奥氏体不锈钢 300 系列—铬-镍奥氏体不锈钢 型号301—延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。 型号302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。 型号303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。 型号304—通用型号；即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9。 型号309—较之304有更好的耐温性。 型号316—继304之後，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。[1] 型号321—除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。 400 系列—铁素体和马氏体不锈钢 型号408—耐热性好，弱抗腐蚀性，11%的Cr，8%的Ni。 型号409—最廉价的型号（英美），通常用作汽车排气管，属铁素体不锈钢（铬钢）。 型号410—马氏体（高强度铬钢），耐磨性好，抗腐蚀性较差。 型号416—添加了硫改善了材料的加工性能。 型号420—“刃具级”马氏体钢，类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。也用于外科手术刀具，可以做的非常光亮。 型号430—铁素体不锈钢，装饰用，例如用于汽车饰品。良好的成型性，但耐温性和抗腐蚀性要差。
2.铁素体型不锈钢 铁素型不锈钢在碳和氮的含量极少时，无论在高温下还是在室温下均为铁素体单相。当碳和氮的含量增加时就会在高温下生成r相，可通过回火处理析出碳化物和氮化物而变为铁素体单相。据有关资料介绍。在600-900℃回火时大部分碳和氮将析出。 高铬铁素体型不锈钢在经高温加热后会产生各种脆化现象。这些现象与其金属组织有关，如σ相脆化、475℃脆性和高温脆性。 σ相脆化：在Fe-Cr二元系合金中，在铬含量为46at%-53at%的很窄范围内产生，是非磁性和硬的相。当铬含量大于25%和加热温度高于600℃时即可在较短时间内产生。当钢中含有硅、锰、镍和钼等元素时，其产生范围加宽。铬、硅和铝对σ相也有一定的影响。随铬的增加TTT曲线向短时间方向扩展。硅虽有明显的析出促进作用但铝却予以抑制。在冷加工中，可在很短时间内便产生σ相析出。一旦发生σ相脆化的钢，可加热至850-900℃使析出的σ相固溶，然后再进行急冷就可消除脆性和恢复韧性。 475℃脆性：是将铁素体钢在400-500℃长时间加热时出现的脆化现象。475℃脆性产生与σ相脆化产生相比较，首先是产生温度范围不同，其次是475℃脆性较σ相脆化在更短的时间内产生。能够减轻475℃脆性的合金添加元素还没有发现。对发生475℃脆性的钢在600℃进行短时间处理即可消除脆性和恢复韧性。 高温脆性：当高铬铁素体型不锈钢从900-1000℃的高温急冷时，随着晶粒的粗化和碳化物向晶界凝集发生明显脆化。铬含量越高，脆化的程度越大。破坏现象与475℃脆性相象。由于晶粒粗化，因此在进行深冲、弯曲等冷加工时表面易发生粗糙等缺陷。又因为晶界上析出碳化物因此晶间腐蚀敏感性增加。为避免该缺陷的产生同，需从高温缓冷至800℃左右，或650-800℃短时间的退火。
世界不锈钢发展史 不锈钢一般是不锈钢和耐酸钢的总称。不锈钢是指耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢，而耐酸钢则是指耐酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢。不锈钢自本世纪初问世，到现在已有90多年的历史。不锈钢的发明是世界冶金史上的重大成就。20世纪初，吉耶（L.B.Guillet）于1904年—1906年和波特万（A.M.Portevin）于1909—1911年在法国；吉森（W.Giesen）于1907—1909年在英国分别发现了Fe—Cr和Fe—Cr-Ni合金的耐腐蚀性能。蒙纳尔茨（P.Monnartz）于1908-1911年在德国提出了不锈性和钝化理论的许多观点。工业用不锈钢的发明者有：布里尔利（H.Brearly）1912—1913年在英国开发了含Cr12%—13%的马氏体不锈钢；丹齐曾（C.Dantsizen）1911—1914年在美国开发了含Cr14%—16%，C 0.07%—0.15%的铁素体不锈钢；毛雷尔（E.Maurer）和施特劳斯（B.Strauss）1912—1914年在德国开发了含C<1%，Cr 15%—40%，Ni<20%的奥氏体不锈钢。1929年，施特劳斯（B.Strauss）取得了低碳18-8（Cr-18%，Ni-8%）不锈钢的专利权。为了解决18-8钢的敏化态晶间腐蚀，1931年德国的霍德鲁特（E.Houdreuot）发明了含Ti的18-8不锈钢（相当于现在的1Cr18Ni9Ti或AISI321）。几乎与此同时，在法国的Unieux实验室发现了奥氏体不锈钢中含有铁素体时，钢的耐晶间腐蚀性能会得到明显改善，从而开发了γ+α双相不锈钢。1946年，美国的史密斯埃塔尔（R.Smithetal）研制了马氏体沉淀硬化型不锈钢17-4PH；随后既具有高强度又可进行冷加工成形的半奥氏体沉淀硬化不锈钢17-7PH和PH15-7Mo等相继问世。至少，不锈钢家族中的主要钢类，即马氏体、铁素体、奥氏体、α+γ双相以及沉淀硬化型等不锈钢*便基本齐全了，且一直延续到现在。当然，40-50年代，节Ni的Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N不锈钢，超低碳（C ≤0.03%）奥氏体不锈钢；60年代，γ:α近于1的α+γ双相不锈钢和C+N≤150ppm的高纯铁素体不锈钢以及马氏体时效不锈钢的出现，虽然也属于不锈钢领域内的重大进展，但是，这些新钢种本质上仍属于前述五大类不锈钢，仅仅是具体钢类中某些钢种的新发展。不锈钢中，除C，Cr,Ni等元素外，根据不同用途对性能的要求，进一步用Mo,Cu,Si,N,Mn,Nb,Ti 等元素合金化或进一步降低钢中的C,Si,Mn,S,P等元素，又研制出许多新钢种。例如，为解决氯化物的点蚀、缝隙腐蚀用的高纯、高铬钼铁素体不锈钢00Cr25Ni4Mo4，,00Cr29Mo4Ni2,00Cr30Mo2和高Mo含N的Cr-Ni双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3N，00Cr25Ni7Mo3CuN等；为提高低碳、超低碳Cr-Ni奥氏体不锈钢的强度和耐蚀性而出现的控氮不锈钢；为提高Cr-Ni奥氏体不锈钢耐局部腐蚀性能并抑制钢中金属间相的析出而研制的高Cr，Mo且高氮量的超级奥氏体不锈钢，如00Cr25Ni20Mo6CuN，00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN；
1、镍Ni：镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。普通碳钢的晶体结构称为铁氧体，呈体心立方(BCC)结构，加入镍，促使晶体结构从体心立方(BCC) 结构转变为面心立方(FCC)结构，这种结构被称为奥氏体。然而，镍并不是唯一具有此种性质的元素。常见的奥氏体形成元素有：镍、碳、氮、锰、铜。这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。目前，人们已经研究出很多公式来表述奥氏体形成元素的相对重要性，最著名的是下面的公式： 奥氏体形成能力=Ni%+30C%+30N%+0.5Mn%+0.25Cu% 从这个等式可以看出：碳是一种较强的奥氏体形成元素，其形成奥氏体的能力是镍的30倍，但是它不能被添加到耐腐蚀的不锈钢中，因为在焊接后它会造成敏化腐蚀和随后的晶间腐蚀问题。氮元素形成奥氏体的能力也是镍的30倍，但是它是气体，想要不造成多孔性的问题，只能在不锈钢中添加数量有限的氮。添加锰和铜会造成炼钢过程中耐火生命减少和焊接的问题。 从镍等式中可以看出，添加锰对于形成奥氏体并不非常有效，但是添加锰可以使更多的氮溶解到不锈钢中，而氮正是一种非常强的奥氏体形成元素。在200系列的不锈钢中，正是用足够的锰和氮来代替镍形成100%的奥氏体结构，镍的含量越低，所需要加入的锰和氮数量就越高。例如在201型不锈钢中，只含有4.5%的镍，同时含有0.25%的氮。由镍等式可知这些氮在形成奥氏体的能力上相当于7.5%的镍，所以同样可以形成100%奥氏体结构。这也是200系列不锈钢的形成原理。在有些不符合标准的200系列不锈钢中，由于不能加入足够数量的锰和氮，为了形成100%的奥氏体结构，人为的减少了铬的加入量，这必然导致了不锈钢抗腐蚀能力的下降。 在不锈钢中，有两种相反的力量同时作用：铁素体形成元素不断形成铁素体，奥氏体形成元素不断形成奥氏体。最终的晶体结构取决于两类添加元素的相对数量。铬是一种铁素体形成元素，所以铬在不锈钢晶体结构的形成上和奥氏体形成元素之间是一种竞争关系。因为铁和铬都是铁素体形成元素，所以400系列不锈钢是完全铁素体不锈钢，具有磁性。在把奥氏体形成元素-镍加入到铁-铬不锈钢的过程中，随着镍成分增加，形成的奥氏体也会逐渐增加，直至所有的铁素体结构都被转变为奥氏体结构，这样就形成了300系列不锈钢。如果仅添加一半数量的镍，就会形成50%的铁素体和50%的奥氏体，这种结构被称为双相不锈钢。 400系列不锈钢是一种铁、碳合铬的合金。这种不锈钢具有马氏体结构和铁元素，因此具有正常的磁特性。400系列不锈钢具有很强的抗高温氧化能力，而且与碳钢相比，其物理特性和机械特性都有进一步的改善。大多数400系列不锈钢都可以进行热处理。 300系列不锈钢是一种含有铁、碳、镍和铬的合金材料，一种无磁性不锈钢材料，比400系列不锈钢具有更好的可锻特性。由于300系列不锈钢的奥氏体结构，因此它在许多环境中具有很强的抗腐蚀性能，具有很好的抗金属超应力引起的腐蚀所造成的断裂的性能，而且其材料特性不受热处理的影响。是主要奥氏体形成元素，能减缓钢的腐蚀现象及在加热时晶粒的长大镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。普通碳钢的晶体结构称为铁氧体，呈体心立方(BCC)结构，加入镍，促使晶体结构从体心立方(BCC) 结构转变为面心立方(FCC)结构，这种结构被称为奥氏体。然而，镍并不是唯一具有此种性质的元素。常见的奥氏体形成元素有：镍、碳、氮、锰、铜。这些元素在形成奥氏体方面的相对重要性对于预测不锈钢的晶体结构具有重要意义。目前，人们已经研究出很多公式来表述奥氏体 形成元素的相对重要性，最著名的是下面的公式：