鐵素體不銹鋼(ferritic stainless steel,FSS)是指在使用狀態具有完全鐵素體或以鐵素體為主體的組織,鉻含量在10.5%~32%的鐵基合金。為了賦予此類合金一些特定的性能,常加入適量的鉬、鎳、銅、鈮、鈦、鋁等元素。與奧氏體不銹(xiu)鋼相比,鐵素體不銹鋼(gang)具有屈服強度高、熱導率高、熱膨脹系數低、深拉成型性能好、耐應力腐蝕破裂性優良、具有鐵磁性和成本低等特點。
自1821年首(shou)次發現(xian)鉻(ge)對鋼(gang)的耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性的有利(li)作用,1912年首(shou)次進行工(gong)業化(hua)生產以來,鐵素(su)體不銹鋼(gang)的發展主要經(jing)歷了四個階段。
(1)1911-1960年是高碳鐵素體不銹鋼的發展階段。在此階段主要集中于研究鉻對耐蝕性、碳對脆性和晶間腐蝕性能的影響。受冶煉裝備和生產工藝限制,發展的第一代鐵素體不銹鋼的碳含量較高,一般在0.12%左右,在高溫時會有奧氏體相出現,冷卻到室溫時轉變為馬氏體,嚴重降低材料的塑性、韌性和晶間腐蝕性能。第一代鐵素體不銹鋼的典型鋼種10Cr17(430)現在還在大量生產和應用。
(2)1960-1980年,是低碳鐵素體不銹鋼的發展階段。人們已經認識到間隙元素碳、氮是引起鐵素體不銹鋼塑韌性不良和抗晶間腐蝕性能不足的根源,加之18-8型奧氏體不銹鋼在含氯介質中的應力腐蝕破壞事故頻發,低碳鐵素體不銹鋼得到了關注。隨著AOD和VOD等爐外精煉技術的確立,為將鐵素體不銹鋼中的碳降低到較低水平創造了基本條件。受脫碳所能達到的水平限制,第二代鐵素體不銹鋼碳含量一般在0.03%~0.08%范圍內,為降低碳、氮的有害作用,必須加入適量的鈦、鈮、鋁等穩定化元素。得益于當時汽車工業尾氣排放系統的需求,第二代鐵素體不銹鋼的低鉻型鐵素體不銹鋼06Cr11Ti(409)得到了極大發展。
(3)1980-2000年(nian),是(shi)超低(di)(di)碳穩定(ding)化(hua)(hua)鐵(tie)素(su)(su)(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的發(fa)展階段。隨著SS-VOD精(jing)煉裝備(bei)和三(san)步法熔煉工藝的確立,鐵(tie)素(su)(su)(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的碳、氮含量(liang)可(ke)以控制(zhi)在一個極低(di)(di)的水(shui)平,中低(di)(di)鉻鐵(tie)素(su)(su)(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中碳+氮含量(liang)可(ke)以達到(dao)不(bu)(bu)超過0.015%,高(gao)(gao)鉻鐵(tie)素(su)(su)(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中碳+氮含量(liang)可(ke)以達到(dao)不(bu)(bu)超過0.025%,鋼中穩定(ding)化(hua)(hua)元素(su)(su)(su)含量(liang)降低(di)(di),連鑄工藝性(xing)能、產品表面質量(liang)和焊接性(xing)能得到(dao)提高(gao)(gao)。在此基礎上發(fa)展的第三(san)代鐵(tie)素(su)(su)(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼不(bu)(bu)再僅僅局限于解(jie)(jie)決(jue)韌脆轉變和晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)問題,而是(shi)主要集中于高(gao)(gao)性(xing)能鐵(tie)素(su)(su)(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼上。為(wei)了解(jie)(jie)決(jue)水(shui)處理(li)工業上應力腐(fu)蝕(shi)問題,發(fa)展了應力腐(fu)蝕(shi)性(xing)能優(you)異的019Cr19Mo2NbTi(444);為(wei)了解(jie)(jie)決(jue)耐(nai)海水(shui)點腐(fu)蝕(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)問題發(fa)展了022Cr27Ni2Mo4NbTi(446)、022Cr29Mo4NbTi(447)。
(4)進(jin)入21世紀后,鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)范圍進(jin)一(yi)步擴展(zhan),廣泛(fan)應用(yong)(yong)于廚房設備(bei)、家用(yong)(yong)電器(qi)、建筑內外裝飾、汽車(che)運輸、熱交換器(qi)、貯水器(qi)等(deng)與人們生(sheng)活密切(qie)相關的(de)(de)(de)領(ling)域。各生(sheng)產(chan)(chan)廠(chang)家通過(guo)合金化和(he)控制加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi),針對不(bu)同的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)領(ling)域,分(fen)別(bie)發展(zhan)了(le)具有(you)優異成型性(xing)(xing)能(neng)(neng)、耐大氣腐蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)、高溫疲勞(lao)性(xing)(xing)能(neng)(neng)、冷鐓(dui)性(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)高表面質量(liang)等(deng)具有(you)不(bu)同特(te)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)新品(pin)種。我國(guo)的(de)(de)(de)鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)在2006-2020年(nian)期間有(you)一(yi)個飛躍式(shi)的(de)(de)(de)發展(zhan),粗鋼(gang)(gang)年(nian)產(chan)(chan)量(liang)(含(han)(han)馬氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang))從2005年(nian)的(de)(de)(de)86萬(wan)噸(dun)飛速(su)提(ti)高到2020年(nian)的(de)(de)(de)592.5萬(wan)噸(dun);產(chan)(chan)品(pin)也從以前只能(neng)(neng)提(ti)供06Cr13A1、06Cr11Ti、10Cr17等(deng)比(bi)較單(dan)一(yi)的(de)(de)(de)牌(pai)號,發展(zhan)到可以提(ti)供包(bao)含(han)(han)低鉻、中(zhong)鉻、中(zhong)高鉻和(he)高鉻等(deng)全系(xi)列的(de)(de)(de)鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)牌(pai)號,產(chan)(chan)品(pin)性(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)質量(liang)也得到大幅度提(ti)升。這主要(yao)得益于四個因素(su)(su):
a. 我國經濟持續高速發(fa)展(zhan)、居民收入(ru)逐步增加,為(wei)鐵素體不銹鋼的增長奠定了(le)市場基礎;
b. 國際鎳(nie)價(jia)高(gao)漲,為鐵素(su)體不銹鋼的發(fa)展帶(dai)來了價(jia)格基礎;
c. 國內太鋼(gang)和寶鋼(gang)三步(bu)法不銹鋼(gang)生(sheng)產線(xian)的先后建成投產,為鐵素體不銹鋼(gang)的生(sheng)產打下了硬件基礎;
d. “十一五”期(qi)間(jian)國家科技支撐計劃“低鎳(nie)鐵素(su)體不銹鋼板(ban)帶(dai)材關鍵技術開(kai)發”課題的順(shun)利執行,給鐵素(su)體不銹鋼新品種(zhong)、新工藝的開(kai)發提供了技術基礎。
在此期間,太鋼針對國外車輛用3Cr12開發了強度高、耐蝕性好、焊接性能優良的鐵素體不銹鋼T4003;針對304和316分別開發了耐應力腐蝕性能優異的鐵素體不銹鋼019Cr18Mo1Ti、019Cr19Mo2NbTi;針對海水腐蝕環境中的超級奧氏體不銹鋼和鈦開發了耐點腐蝕和縫隙腐蝕優異的超級鐵素體不銹鋼022Cr27Ni2Mo4NbTi。寶鋼針對304不銹鋼開發了鐵素體不銹鋼B443NT,針對沿海城市外裝飾環境開發出了耐大氣腐蝕性能和表面質量優異的鐵素體不銹鋼B445R。鋼鐵研究總院開發了核電站用超純高鉻鐵素體不銹鋼008Cr27Mo。太鋼聯合鋼鐵研究總院進行了適宜熱帶連續退火的430Al的開發。鋼鐵研究總院、北京科技大學、太鋼、寶鋼、一汽和中信鈮聯合開發了汽車排氣系統消音器用鐵素體不銹鋼439M等。鋼鐵研究總院開發了等徑轉角擠壓(ECAP)0Cr13鐵素體不銹鋼材料。



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