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。與奧氏體不銹鋼相比,鐵素體(ti)不(bu)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(ge)對鋼(gang)的(de)耐腐蝕性的(de)有利(li)作(zuo)用,1912年(nian)首次進行工業化生產(chan)以來,鐵素體不(bu)銹鋼(gang)的(de)發展主要經歷了(le)四個階段(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,是超低(di)(di)碳穩定化鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)發展階(jie)段。隨著SS-VOD精煉(lian)裝備和三步法熔煉(lian)工藝(yi)的(de)(de)確立,鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)(de)碳、氮含量可以控制在一個極低(di)(di)的(de)(de)水(shui)平,中低(di)(di)鉻(ge)鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中碳+氮含量可以達(da)(da)到不(bu)超過0.015%,高鉻(ge)鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼中碳+氮含量可以達(da)(da)到不(bu)超過0.025%,鋼中穩定化元素(su)(su)含量降(jiang)低(di)(di),連鑄工藝(yi)性能、產品表(biao)面(mian)質量和焊接性能得到提高。在此基礎上(shang)發展的(de)(de)第三代鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼不(bu)再僅僅局限于(yu)解(jie)(jie)決(jue)韌脆轉變和晶(jing)間腐(fu)蝕(shi)(shi)問題(ti),而是主要集中于(yu)高性能鐵素(su)(su)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼上(shang)。為(wei)(wei)了解(jie)(jie)決(jue)水(shui)處理(li)工業(ye)上(shang)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)問題(ti),發展了應力腐(fu)蝕(shi)(shi)性能優異的(de)(de)019Cr19Mo2NbTi(444);為(wei)(wei)了解(jie)(jie)決(jue)耐(nai)海水(shui)點腐(fu)蝕(shi)(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)問題(ti)發展了022Cr27Ni2Mo4NbTi(446)、022Cr29Mo4NbTi(447)。
(4)進(jin)入(ru)21世紀后(hou),鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)應用(yong)(yong)范圍進(jin)一(yi)步擴展(zhan),廣泛應用(yong)(yong)于廚房設備、家用(yong)(yong)電器、建筑(zhu)內(nei)外裝飾、汽車運輸、熱交(jiao)換器、貯(zhu)水器等(deng)與人們生(sheng)活密切(qie)相(xiang)關的(de)(de)領(ling)域(yu)。各(ge)生(sheng)產(chan)廠家通過合金化和(he)控制加工(gong)工(gong)藝(yi),針(zhen)對不同的(de)(de)應用(yong)(yong)領(ling)域(yu),分別(bie)發(fa)展(zhan)了具(ju)有(you)優異(yi)成型(xing)性(xing)能、耐大氣(qi)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能、高(gao)溫疲勞性(xing)能、冷鐓性(xing)能和(he)高(gao)表面(mian)質量等(deng)具(ju)有(you)不同特(te)性(xing)的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)新品(pin)種。我國的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)在(zai)2006-2020年(nian)期(qi)間有(you)一(yi)個(ge)飛躍式的(de)(de)發(fa)展(zhan),粗鋼(gang)年(nian)產(chan)量(含馬氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang))從2005年(nian)的(de)(de)86萬噸(dun)飛速提(ti)高(gao)到(dao)2020年(nian)的(de)(de)592.5萬噸(dun);產(chan)品(pin)也(ye)從以前只(zhi)能提(ti)供06Cr13A1、06Cr11Ti、10Cr17等(deng)比較單一(yi)的(de)(de)牌(pai)號(hao),發(fa)展(zhan)到(dao)可以提(ti)供包(bao)含低鉻(ge)、中(zhong)鉻(ge)、中(zhong)高(gao)鉻(ge)和(he)高(gao)鉻(ge)等(deng)全系列的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)牌(pai)號(hao),產(chan)品(pin)性(xing)能和(he)質量也(ye)得到(dao)大幅度提(ti)升。這主要得益于四個(ge)因(yin)素(su)(su):
a. 我國(guo)經(jing)濟持續高速發展、居民收入逐步增(zeng)加,為鐵素(su)體不(bu)銹鋼的(de)增(zeng)長奠定(ding)了(le)市場(chang)基礎;
b. 國(guo)際鎳價高漲,為(wei)鐵素體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的發展帶來了價格(ge)基礎;
c. 國內太鋼和寶鋼三步法不(bu)銹鋼生(sheng)產(chan)線的(de)先后建成投產(chan),為鐵(tie)素體不(bu)銹鋼的(de)生(sheng)產(chan)打下了硬件基(ji)礎;
d. “十一五”期間國家科(ke)技(ji)支撐計劃“低(di)鎳鐵(tie)素體不銹(xiu)鋼(gang)板帶材關鍵技(ji)術開(kai)發(fa)”課題的順利執行,給鐵(tie)素體不銹(xiu)鋼(gang)新(xin)品種、新(xin)工藝的開(kai)發(fa)提(ti)供了技(ji)術基礎(chu)。
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(bu)銹鋼(gang)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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