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(ao)氏體(ti)不銹鋼相比,鐵(tie)素(su)體不(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年首(shou)次發現鉻對鋼的(de)(de)耐(nai)腐蝕性的(de)(de)有利作用,1912年首(shou)次進行工業化生產(chan)以來,鐵素體(ti)不銹鋼的(de)(de)發展主要經歷了四個階(jie)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,是超(chao)低(di)碳(tan)穩定化(hua)鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)發(fa)展階段。隨著SS-VOD精(jing)煉(lian)裝備和(he)(he)三(san)(san)步法熔煉(lian)工(gong)藝(yi)的(de)(de)確立,鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)碳(tan)、氮含(han)量可以(yi)控(kong)制在一(yi)個極低(di)的(de)(de)水(shui)平(ping),中低(di)鉻(ge)鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中碳(tan)+氮含(han)量可以(yi)達到(dao)不(bu)(bu)(bu)超(chao)過(guo)0.015%,高鉻(ge)鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中碳(tan)+氮含(han)量可以(yi)達到(dao)不(bu)(bu)(bu)超(chao)過(guo)0.025%,鋼(gang)中穩定化(hua)元素含(han)量降(jiang)低(di),連鑄工(gong)藝(yi)性能(neng)(neng)、產品表面質量和(he)(he)焊接(jie)性能(neng)(neng)得到(dao)提高。在此基礎上發(fa)展的(de)(de)第(di)三(san)(san)代(dai)鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)不(bu)(bu)(bu)再僅僅局(ju)限(xian)于(yu)解決(jue)韌脆轉變和(he)(he)晶間腐(fu)(fu)蝕問題(ti),而是主(zhu)要集中于(yu)高性能(neng)(neng)鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)上。為了(le)(le)解決(jue)水(shui)處理工(gong)業上應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕問題(ti),發(fa)展了(le)(le)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕性能(neng)(neng)優異的(de)(de)019Cr19Mo2NbTi(444);為了(le)(le)解決(jue)耐(nai)海水(shui)點腐(fu)(fu)蝕和(he)(he)縫隙腐(fu)(fu)蝕問題(ti)發(fa)展了(le)(le)022Cr27Ni2Mo4NbTi(446)、022Cr29Mo4NbTi(447)。
(4)進入21世紀(ji)后(hou),鐵素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的應用范圍進一步擴(kuo)展(zhan),廣泛應用于廚房設備、家(jia)用電器、建筑(zhu)內外裝飾、汽車運(yun)輸(shu)、熱交換(huan)器、貯水器等(deng)與(yu)人們生活密切(qie)相關的領域(yu)。各(ge)生產(chan)廠家(jia)通過合(he)金化和控制(zhi)加工(gong)工(gong)藝,針(zhen)對(dui)不(bu)(bu)同的應用領域(yu),分別發展(zhan)了(le)具(ju)有優異(yi)成型性(xing)(xing)能(neng)、耐大(da)氣腐蝕(shi)性(xing)(xing)能(neng)、高溫疲勞性(xing)(xing)能(neng)、冷鐓性(xing)(xing)能(neng)和高表(biao)面(mian)質量等(deng)具(ju)有不(bu)(bu)同特性(xing)(xing)的鐵素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)新品種。我國的鐵素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)在2006-2020年期(qi)間(jian)有一個飛躍(yue)式的發展(zhan),粗(cu)鋼(gang)年產(chan)量(含(han)馬氏(shi)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang))從2005年的86萬噸飛速提(ti)高到2020年的592.5萬噸;產(chan)品也從以前只能(neng)提(ti)供(gong)06Cr13A1、06Cr11Ti、10Cr17等(deng)比(bi)較單一的牌(pai)號(hao),發展(zhan)到可以提(ti)供(gong)包含(han)低鉻、中鉻、中高鉻和高鉻等(deng)全系列的鐵素(su)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)牌(pai)號(hao),產(chan)品性(xing)(xing)能(neng)和質量也得(de)到大(da)幅度(du)提(ti)升。這主(zhu)要得(de)益于四(si)個因素(su):
a. 我國(guo)經(jing)濟持續高速發(fa)展(zhan)、居民收入(ru)逐步增(zeng)加(jia),為(wei)鐵素體(ti)不(bu)銹鋼(gang)的增(zeng)長(chang)奠定了市場基礎;
b. 國際鎳價高漲,為鐵素體不(bu)銹鋼的發展帶來了價格基礎;
c. 國內太鋼和寶鋼三(san)步法(fa)不銹鋼生產線的先后(hou)建成投(tou)產,為(wei)鐵素體不銹鋼的生產打下了硬件(jian)基(ji)礎;
d. “十一五”期間國(guo)家(jia)科技支撐計劃(hua)“低鎳鐵素體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼板帶材關鍵技術開發(fa)”課題的(de)順利執(zhi)行,給鐵素體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼新(xin)品種、新(xin)工藝的(de)開發(fa)提(ti)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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