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(shi)體不銹鋼相比,鐵素體不銹鋼具有屈服強度高、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(nian)首次發現鉻對鋼的耐腐蝕性的有利作用(yong),1912年(nian)首次進(jin)行(xing)工業(ye)化生產以來,鐵素(su)體不銹鋼的發展主(zhu)要經歷了四個(ge)階(jie)段(duan)。
(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,是(shi)(shi)超低碳(tan)穩(wen)定(ding)化(hua)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)發(fa)(fa)(fa)展階段(duan)。隨著SS-VOD精(jing)煉裝備和(he)三步法熔煉工藝的(de)確立,鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)碳(tan)、氮(dan)含(han)(han)量(liang)(liang)可(ke)以(yi)(yi)控制(zhi)在(zai)一個極低的(de)水(shui)平,中低鉻(ge)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中碳(tan)+氮(dan)含(han)(han)量(liang)(liang)可(ke)以(yi)(yi)達(da)(da)到(dao)不(bu)超過(guo)0.015%,高(gao)鉻(ge)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中碳(tan)+氮(dan)含(han)(han)量(liang)(liang)可(ke)以(yi)(yi)達(da)(da)到(dao)不(bu)超過(guo)0.025%,鋼(gang)中穩(wen)定(ding)化(hua)元素(su)(su)(su)含(han)(han)量(liang)(liang)降低,連(lian)鑄(zhu)工藝性能(neng)、產品表面質量(liang)(liang)和(he)焊接性能(neng)得到(dao)提高(gao)。在(zai)此基礎上(shang)發(fa)(fa)(fa)展的(de)第三代鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)不(bu)再僅僅局限于(yu)解決(jue)韌脆轉變和(he)晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)問(wen)題(ti),而是(shi)(shi)主要(yao)集中于(yu)高(gao)性能(neng)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)上(shang)。為了(le)解決(jue)水(shui)處理工業上(shang)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)問(wen)題(ti),發(fa)(fa)(fa)展了(le)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)優異(yi)的(de)019Cr19Mo2NbTi(444);為了(le)解決(jue)耐海(hai)水(shui)點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)問(wen)題(ti)發(fa)(fa)(fa)展了(le)022Cr27Ni2Mo4NbTi(446)、022Cr29Mo4NbTi(447)。
(4)進入21世紀后(hou),鐵(tie)素(su)(su)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)應(ying)用范圍進一(yi)步擴展(zhan),廣泛應(ying)用于廚(chu)房設備、家用電器、建筑(zhu)內外裝飾(shi)、汽(qi)車運輸、熱交換器、貯(zhu)水器等與人們生活(huo)密切相關(guan)的(de)(de)領域。各生產(chan)(chan)廠家通過合金(jin)化和控制加工工藝(yi),針對不(bu)同(tong)的(de)(de)應(ying)用領域,分(fen)別發(fa)(fa)展(zhan)了(le)具有(you)優異成型性能(neng)(neng)、耐大(da)氣腐蝕性能(neng)(neng)、高(gao)(gao)溫疲勞(lao)性能(neng)(neng)、冷鐓性能(neng)(neng)和高(gao)(gao)表面質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)等具有(you)不(bu)同(tong)特性的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)新(xin)品種。我(wo)國的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)在2006-2020年期間有(you)一(yi)個(ge)飛躍式的(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan),粗鋼(gang)(gang)年產(chan)(chan)量(liang)(liang)(liang)(含(han)馬氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang))從2005年的(de)(de)86萬噸飛速提(ti)高(gao)(gao)到(dao)2020年的(de)(de)592.5萬噸;產(chan)(chan)品也從以(yi)前只能(neng)(neng)提(ti)供06Cr13A1、06Cr11Ti、10Cr17等比較單一(yi)的(de)(de)牌(pai)號,發(fa)(fa)展(zhan)到(dao)可以(yi)提(ti)供包含(han)低(di)鉻(ge)、中(zhong)鉻(ge)、中(zhong)高(gao)(gao)鉻(ge)和高(gao)(gao)鉻(ge)等全系列的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體不(bu)銹鋼(gang)(gang)牌(pai)號,產(chan)(chan)品性能(neng)(neng)和質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)也得到(dao)大(da)幅度提(ti)升(sheng)。這主(zhu)要得益于四個(ge)因(yin)素(su)(su):
a. 我國經濟持續高速(su)發展、居民收入逐步(bu)增加,為鐵素體不銹鋼的增長奠(dian)定(ding)了市場基礎;
b. 國際(ji)鎳價(jia)高漲,為鐵(tie)素體不銹鋼(gang)的發展帶來了價(jia)格(ge)基礎;
c. 國內太鋼(gang)(gang)和(he)寶鋼(gang)(gang)三步法不銹(xiu)鋼(gang)(gang)生(sheng)產(chan)(chan)線(xian)的先(xian)后(hou)建成投產(chan)(chan),為鐵素(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的生(sheng)產(chan)(chan)打(da)下了硬件基(ji)礎;
d. “十(shi)一五(wu)”期間國家(jia)科技支撐計劃“低鎳鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)板帶(dai)材關鍵(jian)技術開發”課題的(de)順利執行,給鐵(tie)素(su)體(ti)不(bu)銹鋼(gang)新(xin)品種、新(xin)工藝的(de)開發提供了技術基礎。
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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