鐵素體不銹鋼焊接論文

1、鐵素體不銹鋼的焊接摘要：鐵素體不銹鋼作為一種不含鎳的鉻系不銹鋼，具有含鎳不銹鋼所具有的成形性、經濟性、耐蝕性、抗氧化性等性能，具有成本低、耐應力腐蝕性能優(yōu)異等顯著特點，被稱為經濟型不銹鋼。本文主要分析了鐵素體不銹鋼的發(fā)展以及其合金化，同時介紹了基于鐵素體不銹鋼特性的各種應用。關鍵字： 鐵素體 不銹鋼 特性 發(fā)展 應用不銹鋼在如今已得到廣泛應用，這是因為它具有許多優(yōu)越特性，如可成形性、強度及耐腐蝕性。不銹鋼開始商業(yè)化生產并作為材料用于各種用途大約只有短短50年的歷史。304型及430型不銹鋼因其最常用而為大家所熟知，其產量占到不銹鋼總產量的一半以上。但是，近十年來對不銹鋼的需求顯著增長，因此，人

2、們一直在開發(fā)適用于各種用途的不同種類的不銹鋼。以430型不銹鋼為代表的鐵素體不銹鋼的生產成本比奧氏體不銹鋼要低。因而，用鐵素體不銹鋼制造的產品現在發(fā)展很快，例如，鐵素體不銹鋼的用途之一是制作汽車尾氣排放控制系統(tǒng)1,2,3。為了這種用途，現在已經開發(fā)了許多種鐵素體不銹鋼。在寶鋼不銹鋼事業(yè)部總經理樓定波看來，鐵素體不銹鋼不含鎳，可以回避鎳價的波動帶來的風險；它同樣可以防腐、防銹，但價格比含鎳的不銹鋼具有競爭力，并且，比含鎳不銹鋼制造更有門檻。1鐵素體不銹鋼的合金化1.1 鐵素體不銹鋼合金化的主要目的鐵素體不銹鋼合金化的目的可以歸結為4點：(1)改善耐蝕性；(2)提高強韌性；(3)改善抗氧化性；(4

3、)改善機加工性。眾所周知，不銹鋼的耐蝕性是由于一種相當薄的表面氧化膜(不導電)，在鋼和使用環(huán)境之間提供了一種物理勢壘(阻擋層)使合金趨于鈍化狀態(tài)。所以提高耐蝕性的關鍵在于促使鋼的表面形成一種連續(xù)的(不因沉淀物、夾雜物或第二相的存在而間斷)、穩(wěn)定的(不因強侵蝕環(huán)境而擊穿或由于缺陷的存在而喪失)、易修復的(被擊穿或機械破壞后能自行修復)氧化膜這是鐵素體乃至于全部不銹鋼合金化的主要出發(fā)點。1.2 鐵素體不銹鋼的合金元素作用鉻是氧化膜的主要成分，有助于形成更穩(wěn)定的氧化膜，同時又是穩(wěn)定鐵素體的主要元素，也是導致新型鐵素體不銹鋼不斷發(fā)展的一個重要元素。鉬：能顯著增加鈍化膜的穩(wěn)定性，在苛刻的侵蝕性環(huán)境中防止

4、鈍化膜被局部擊穿。點蝕電位、臨界點蝕溫度(CPT)、臨界縫隙腐蝕溫度(CCT)都隨鉬含量的增加而提高。鉬對提高局部腐蝕抗力的效力約為鉻的33倍。鉻和鉬對耐氯化物溶液腐蝕性能的綜合影響可用點蝕指數(PI)來表示如下7：PI=Cr+33Mo。鐵索體不銹鋼的強韌性主要通過鉻和鉬的固溶強化來達到。硅和鋁：提高合金的高溫抗氧化性。銅：有助于增加不銹鋼在還原性環(huán)境中的表面鈍性，如在還原酸環(huán)境中。碳和氮：在鐵索體不銹鋼中間隙元索碳和氮的含量是非常關鍵的。碳化鉻的沉淀可能導致敏化；碳氮化物沉淀可能導致高溫脆性，(C+N)總量較高時(200ppm)可使大截面尺寸材料的廷性一脆性轉變溫度(DBTT)升高到室溫以上

5、，把(C+N)總量降低到150ppm以下，使大截面尺寸材料在室溫下仍呈韌性狀態(tài)。鎳：降低鐵索體不銹鋼的應力腐蝕抗力，但是，在不臺硫化物的環(huán)境中改善全面腐蝕抗力。硫：趨向形成硫化物夾雜，尤其是錳存在時。硫化錳夾雜在鈍化氧化層中產生一個脆弱的區(qū)域。在酸性溶液中形成侵蝕性的硫化氫(H2S)氣體或形成促進腐蝕的接觸電池而使耐蝕性下降。所以，在超級鐵索體不銹鋼中硫含量控制在0.01以下。鈦和鈮：是碳和氮的穩(wěn)定化元素也是一種穩(wěn)定鐵索體的元素。眾所周知，碳和氮在鐵索體中的固溶度遠小于固溶體，易在晶界富集導致敏化；同時，焊縫強度隨碳氮含量的增加而增加，但是，當(C+N)0.01時，焊縫延性下降；當(C+N)0

6、.03時，焊縫廷性嚴重下降。因此，需要降低碳和氮的有效含量。其方法之一是加鈦和(或)鈮穩(wěn)定化8，對碳含量為0.010.02的鋼，穩(wěn)定化所需的最低鈦含量為Ti=0.15+3.7(C+N)，鈮的需要量接近化學計算式：Nb=7(C+N)。在鈦和鈮聯合加入時，Nb+Ti=0.2+4(C+N)。但是，最佳含量仍需進一步研究。因為過量的穩(wěn)定劑也會使DBTT升高。2 鐵素體不銹鋼的特性及類型2.1 鐵素體不銹鋼的耐大氣腐蝕性由于鐵素體不銹鋼具有良好的耐大氣腐蝕性，近來一直被用作建筑物的屋頂和幕墻9。但是，離海較近地區(qū)的大氣環(huán)境特別惡劣，尤其是來自海水空氣中的懸浮微粒是相當強的腐蝕性物質，因此，在這些環(huán)境下使

7、用的高鉻鐵素體不銹鋼得到了開發(fā)?？勾髿飧g的不銹鋼含有高鉻和高鉬，并添加了少量的鈮和鈦。該鋼種實際含22的鉻和1.2的鉬，足夠的鉻和鉬對改善不銹鋼的耐點蝕能力是必不可少的10。304型和316型奧氏體不銹鋼隨著周期腐蝕試驗周期次數的增加，生銹面積顯著增多。相反，如：444型及研發(fā)鋼種這樣的鐵素體不銹鋼，在前600次試驗周期內，生銹面積稍微增加，而在經過更長的試驗周期后，生銹面積處于飽和狀態(tài)。研發(fā)鋼種(22Cr1.2MoNb，Ti)則顯示出其在任何試驗周期生銹面積均為最少的特性。2.2 鐵素體不銹鋼的耐晶間腐蝕性410L或409型不銹鋼由于具有良好的耐腐蝕性、成形性及耐熱性而被用作汽車尾氣排放控

8、制系統(tǒng)材料11。近幾年來，汽車排氣的設計溫度提高了，這是因為汽車排氣溫度的升高能夠提高催化轉化器的轉化效率，減少有害氣體諸如NOx、SOx以及碳氫化合物(HC)的排放量。但溫度的提高可能導致材料的腐蝕條件更惡劣。例如，在排氣溫度下碳化鉻將在消音器上產生沉積物，即在400500的溫度下，將導致晶界貧鉻，發(fā)生晶間腐蝕。由于焊縫區(qū)域對晶間腐蝕特別敏感，有必要對含12Cr的鐵素體不銹鋼提高其耐腐蝕性。解決此問題的另一條途徑是研發(fā)新的鐵素體不銹鋼。其中一例是對含12Cr的鋼中添加鈮。這些鋼作為耐晶間腐蝕材料廣泛應用于汽車尾氣排放系統(tǒng)中，如前導管、中心管及消音器上。眾所周知，降低鋼中的碳和氮含量對防止晶間

9、腐蝕是相當有效的。這樣，在鋼中添加鈮和鈦就可以進一步提高其耐晶間腐蝕性。2.3 鐵索體不銹鋼的可成形性鐵素體不銹鋼的用途是如此的廣泛，每種用途所要求的鐵素體不銹鋼的性能又各自不同。然而，鐵素體不銹鋼的可成形性比奧氏體不銹鋼如304鋼要差。盡管鐵素體不銹鋼的值、即深沖性指數在1.02.0較寬的范圍變化，但n值，即延展性指數有限，約為0.2，比奧氏體不銹鋼的0.40.65低10。對于拉延成型制品，很難用鐵素體不銹鋼代替奧氏體不銹鋼，如要代替就必須改變制品的設計，把它設計成拉延成型的形狀。2.4 鐵素體不銹鋼的韌性關于鈦和鈮對壓力成形性的作用已進行了很多研究，其焦點主要集中于平均值的研究，所得出的結

10、論是適量的這些元素可有效地改善壓力成形性。但是，過量添加這些元素也會產生有害影響12。例如，隨著鈦和鈮含量的增加，縱向裂紋的轉化溫度也隨之提高。即使鐵素體不銹鋼具有良好的平均值，但韌性脆性轉變溫度可能對深沖性造成損壞。由于轉變溫度對可成形性是決定性的因素之一，在較高的轉變溫度下，變形可能難以進行。2.5 鐵素體不銹鋼的高溫強度409L(11CrTi)不銹鋼被用作汽車排氣歧管的材料，排氣溫度設計為大約800。當排氣溫度約為900時，使用430J1L(18Cr0.4Nb0.5Cu)不銹鋼。但是，排氣溫度還在提高，這就要求進一步提高不銹鋼的質量。這樣，傳統(tǒng)的高鉻鐵素體不銹鋼的耐熱性就不能滿足排氣歧管

11、的要求。因此，對具有成本競爭性的耐高溫鐵素體不銹鋼一直有強烈的需求?？紤]到這種需求，一直在研究加入鈮和鉬對高溫性能的影響12。3 不同類型的鐵素體不銹鋼439不銹鋼 439鋼種是在普通鐵素體材料（430）的基礎上降低C的含量，同時加入Ti等穩(wěn)定化元素，使該鋼種的耐晶間腐蝕性、高溫氧化性、成型性和焊接性均有所提高。其與304鋼種相比，雖延伸率較低（30左右），但強度、耐腐蝕性相當，且耐腐蝕性優(yōu)于200系列材料。1. 化學成分 國 家 標準 牌號 化學成分（） CSiMnPSCrNiNTi 美 國 ASTM4390.031.001.000.040.0317.0-19.0 0.5 0.040.2+4

12、(C+N)1.10德 國 DIN1.45100.051.000.000.040.01516.0-18.0-4(C+N)0.802. 機械性能標準 機械性能抗拉強度屈服強度延伸率硬度N/m()N/m（）（）HVASTM41520522180DIN420600230233. 主要用途電梯、扶梯裝飾用板建筑裝飾板，如裝飾結構件、結構用管汽車排氣系統(tǒng)部件洗衣機內筒JFE443CT不銹鋼 JFE443CT的特點1、 優(yōu)異的抗腐蝕性1） 鉻含量提高到21%，具有和SUS304同樣優(yōu)異的抗腐蝕性2） 因為降低了碳、氮等不純物質，并添加了具有穩(wěn)定作用的鈦元素，焊接后也能保持良好的抗腐蝕性。2、 價格優(yōu)勢及其穩(wěn)

13、定性1） 因為不添加鎳，所以價格比SUS304便宜。2） 因為不添加鎳、鉬，即使這兩種金屬漲價也不受影響。JFE443CT化學成分鋼種相應JIS標準CR（鉻）NI（鎳）MO（鉬）TI（鈦）JFE443CT-21.0-0.3SUS430SUS43016.1-JFE439LSUS430LX17.4-0.3SUS304SUS30418.28.2-0.3JFE443CT機械特性鋼種相應JIS標準屈服強度（N/2）抗拉強度（N/2延伸率（%）平均r值JFE443CT-305483311.3SUS430SUS430320490291.0JFE439LSUS430LX245429311.4SUS304SUS

14、304260645601.0JFE443CT和SUS304相比：l 密度低。重量相同的情況下，材料面積約可擴大2.5%。l 熱導性能好。l 熱膨脹少。l 測量結果表明，兩者耐腐蝕能力相當。l 比SUS304的r 值高，故深拉性能比較優(yōu)越SUS444高耐蝕的鐵素體不銹鋼 1概況 SUS444（00Cr18Mo2）是一種超低碳氮、含18%鉻與2%鉬、高耐蝕的鐵素體不銹鋼。該鋼種一般采用鈮或鈦進行穩(wěn)定化，可以避免焊接后的晶間腐蝕。與奧氏體不銹鋼如SUS304和SUS316L相比，該鋼種的最大優(yōu)勢是具有優(yōu)異的耐氯離子應力腐蝕開裂能力，并且該鋼種的耐氯離子點腐蝕能力優(yōu)于SUS304，與SUS316L相當

15、。因此，該鋼種特別適合應用于各種水處理裝置。 2化學成分 標準 牌號 C%N%Cr%Ni%Mo%其他 JIS G4305 SUS444 0.0250.02517.0020.00-1.752.50Nb或Ti或Zr： 8(C%+N%)0.80SUS3040.08-18.0020.008.0010.50-SUS316L0.030-16.0018.0012.0015.002.003.00- SUS444具有超低的碳氮雜質元素 SUS444添加了提高耐點腐蝕能力的鉬元素 SUS444添加了具有穩(wěn)定化作用的鈮或鈦元素 3機械性能牌號 屈服強度 N/mm2抗拉強度 N/mm2延伸率 %維氏 硬度 冷彎 18

16、0, d=2aSUS444典型 31048030160合格 SUS444標準 24541020230合格 SUS304標準 20552040200-SUS316L標準3物理特性牌號 密度 g/cm3磁性 熱導率,100C,W/m*K熱膨脹系數 0100C,mm/m*KSUS4447.75有 26.811.010-6SUS3048.03無 16.216.910-6SUS316L7.99無 16.216.010-6 SUS444密度低，可利用面積增大 SUS444導熱性好，易于散熱 SUS444熱膨脹少，焊接變形小 4耐腐蝕性 4.1 耐氯離子應力腐蝕開裂能力 采用試驗室

17、加速腐蝕試驗方法，試驗標準：GB/T 17898-1999不銹鋼在沸騰氯化鎂溶液中應力腐蝕試驗方法。 試驗材料 SUS304SUS316L SUS444裂紋發(fā)生時間, h 2.59.848h無裂紋 裂紋貫穿時間, h 2.511.848h無裂紋 試驗后試樣的表面形貌 SUS444具有優(yōu)異的耐氯離子應力腐蝕開裂能力 4.2耐氯離子點腐蝕能力 采用試驗室加速腐蝕試驗方法，試驗標準：GB/T17897-1999不銹鋼三氯化鐵點腐蝕試驗方法，試驗時間：48小時。 SUS444的耐氯離子點腐蝕能力優(yōu)于SUS304 SUS444的耐氯離子點腐蝕能力與SUS316L相當 4.3耐晶間腐蝕能力 對TIG焊接接

18、頭采用試驗室加速腐蝕試驗方法，試驗標準：GB/T 4334.5-2000 不銹鋼硫酸-硫酸銅腐蝕試驗方法，試驗時間：16小時。試驗結果：正反表面各2個試樣試驗后折彎180，用10倍放大鏡觀察，均未發(fā)現晶間腐蝕裂紋，試樣折彎處的表面形貌見下圖。 444焊接后沒有晶間腐蝕傾向 5焊接特點 推薦 R 避免 Q 焊接方法 TIG焊、等離子焊、MIG焊和激光焊（優(yōu)先使用脈沖功能） 氣焊，如氧乙炔 焊接材料 SUS444母材裁條或ER316L；保持焊材的清潔 非超低碳的焊材，如ER308焊接保護氣 Ar或Ar+He混合氣；使用背保護氣 氮氣和氫氣 焊接熱輸入 盡可能小的焊接熱輸入，如低焊接電流、低焊接電壓

19、等 擺動焊道；過高焊接電壓 焊接結構 合理安排焊接順序，減少焊接拘束 過大的焊接坡口裝配間隙 其他 焊前用丙酮清理焊接坡口；焊后對焊縫進行酸洗鈍化處理 焊前預熱；焊后熱處理 敬請注意：當SUS444與非超低碳氮不銹鋼（如SUS304）TIG或等離子自熔焊時，焊縫處腐蝕性能會下降。 6成形特點 拉深性能 脹形性能 折彎注意事項 SUS444與SUS304相當 SUS444低于SUS304折彎壓頭的最小直徑推薦大于1*a（a為板厚） SUS444不銹鋼 SUS444鋼種屬于高合金鐵素體不銹鋼，與常用鋼種SUS430相比：1. 含鉻量高1.0左右，且添加了合金元素鉬（Mo），因此該鋼種具有良好的耐點

20、蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕能力，其耐蝕能力在某些領域甚至優(yōu)于SUS304和SUS316。2. 添加了鈦（Ti），鈮（Nb），鋯（Zr）等穩(wěn)定化元素，因此該鋼種具有良好的耐晶間腐蝕和耐高溫氧化性能。1化學成分國 家 標準 牌號 化學成分（） CSiMnPSCrNiMoN其他 中 國 GB/T0Cr18Mo2Nb0.0251.001.000.030.0317.0-20.00-1.75-2.50 0.025Ti/Nb/Zr或組合 8（CN）0.8日 本 JISSUS4442. 機械性能參照JIS標準機械性能 物理性能屈服強度（N/m）抗拉強度（N/m）延伸率（）硬度n值r值熱膨脹系數0650導熱系數10

21、0HBHRBHV24541020217962300.201.211.525.92. 主要用途SUS444是鐵素體鋼中最耐熱的鋼種，1000以內高溫抗氧化性能優(yōu)良，相反，304在水溫達到5090度之間最容易被腐蝕。與304相比，444鋼種具有高抗氯、優(yōu)良的耐應力腐蝕性、抗點蝕性等有點，且不易結垢、吸熱效果強，其耐腐蝕性與SUS316鋼種相近?；?44鋼種的特性，主要用于制造貯水槽、太陽能熱水器、熱交換器、視頻機械、印染機械、耐應力腐蝕設備、汽車發(fā)動機排氣管等。436L（18Cr-1Mo-0.3Ti-LCN） 不銹鋼化學成分（%） CCrNiMo其他 436L 0.02516.019.0-0.7

22、51.25Ti，Nb，Zr8x（CN）0.83040.0818.020.08.010.5-機械特性 屈服強度 （N/m） 抗拉強度 （N/m） 延伸率 （%） 硬度（Hv） 436L 24541020230實際 2804403419030420552040200436L擁有優(yōu)秀的加工型、焊接性，主要用在汽車排氣管，家電等領域。4 鐵素體不銹鋼的發(fā)展優(yōu)勢及劣勢4.1 鐵素體不銹鋼的發(fā)展優(yōu)勢鐵素體不銹鋼具有體心立方晶體結構。除個別牌號外，一般不含稀缺的貴重元素鎳。低鉻鐵素體不銹鋼又稱為經濟不銹鋼；中、高鉻鐵素體不銹鋼與所能代用的鉻鎳奧氏體不銹鋼相比，成本和價格也較低。鐵素體不銹鋼屈服強度較鉻鎳奧氏

23、體鋼高，伸長率稍低，但加工硬化傾向小，易于冷鐓，也易切削。眾所周知，鉻鎳奧氏體不銹鋼對應力腐蝕非常敏感，在奧氏體不銹鋼制設備、構件等的失效事例中，應力腐蝕破壞事故占有很大比例，而鐵素體不銹鋼耐應力腐蝕性能優(yōu)異，雖然在試驗室內一些條件下人們也曾發(fā)現鐵素體不銹鋼也產生應力腐蝕的某些現象，但在實際工程應用中，國內外都很少見到鐵素體不銹鋼產生應力腐蝕破壞的實例。鐵素體不銹鋼具有鐵磁性，導熱系數高，約為鉻鎳奧氏體不銹鋼的130150，非常適用于有熱交換的用途；線膨脹系數小，僅為鉻鎳奧氏體不銹鋼的6070，非常適用于熱脹、冷縮，有熱循環(huán)的使用條件。4.2 鐵素體不銹鋼的發(fā)展劣勢鐵素體不銹鋼是一種節(jié)鎳鋼，強

24、度高，冷加工硬化傾向較低，導熱系數為奧氏體不銹鋼的130150，線膨脹系數僅為CrNi奧氏體不銹鋼的6070。雖然有上述優(yōu)點，但與奧氏體不銹鋼相比，其用途有限，這主要是因為鐵素體不銹鋼，特別是Cr16的鐵素體不銹鋼存在一些缺點和不足。121 室溫脆性和裂紋敏感性高鐵素體不銹鋼的室溫、低溫塑性差，缺口敏感性高，對晶間腐蝕比較敏感，而且這些缺點隨鐵素體不銹鋼截面尺寸的增加，冷卻速度的變慢和焊接的熱影響而更加強烈地顯示出來。鐵素體不銹鋼性能上的幾乎所有缺點都與鋼中的碳、氮有關4。隨碳、氮含量的增加，鐵素體不銹鋼的沖擊韌性下降，脆性轉變溫度明顯上移，尤其是當鋼中鉻含量高于1518時更為明顯。鋼的缺口敏

25、感性，冷卻速度效應和尺寸效應也隨鋼中碳、氮量的增加而顯著增強。鋼中氧含量也有類似影響，隨氧含量的提高，鐵素體不銹鋼的脆性轉變溫度升高。隨C+N量增加，鐵素體不銹鋼的晶間腐蝕敏感性增加，碳、氮對鐵素體不銹鋼的耐一般腐蝕，耐點蝕，耐縫隙腐蝕和耐應力腐蝕也都是有害的。在冶煉過程中雖然能夠去除鋼中部分或大部分的碳和氮，但若要完全去除卻是非常困難的，鋼中碳、氮越低，鐵素體不銹鋼的生產成本就越高。122 起皺起皺是鐵素體不銹鋼在成型過程中應變量較大時易產生的一種表面缺陷，發(fā)生在板帶的軋制方向表現為狹窄凸起條紋，即表面皺折?？赏ㄟ^控制生產工藝減輕起皺，例如減少連鑄坯的柱狀晶，增加等軸晶；選擇適宜的板坯加熱溫

26、度，低的終軋溫度和高的退火溫度等。最近，HyungJoon Shin等5采用電子背散射衍射(EBSD)技術研究了409L和430兩種鐵素體不銹鋼的柱狀區(qū)試樣，驗證了在理論模型中提出的晶粒簇的存在，得出了晶粒簇與起皺的關系。Junichi HAMADA6等人的研究也證實了430不銹鋼的初始凝固組織對起皺的影響，認為具有初始柱狀晶組織的試樣退火后的起皺程度比具有初始等軸晶組織的試樣更嚴重。5在中國大力推廣鐵素體不銹鋼有利于節(jié)鎳近年來，中國不銹鋼的消費和生產發(fā)展都十分迅速，對不銹鋼的需求達到了一個很高的水平，但不銹鋼昂貴的價格，也使其在我國的應用受到了一定的限制。所以在發(fā)展不銹鋼工業(yè)中，要使不銹鋼的

27、成本達到能使用戶接受的程度，須大力推廣使用鐵素體不銹鋼。 中國是一個鎳資源缺乏的國家，在中國推廣使用鐵素體不銹鋼有著非常重要的意義。 當前，擴大生產與應用無鎳鐵素體不銹鋼是世界各國不銹鋼節(jié)鎳的主要方向。在世界不銹鋼生產中，奧氏體不銹鋼平均比例為75，而在發(fā)達國家中，美國的奧氏體鋼使用比例小于60，日本在60左右。根據中國不銹鋼生產和消費的實際，2003年表觀消費量是420萬噸，其中90是奧氏體不銹鋼。到2005年，預計不銹鋼表觀消費量達到510萬噸時，如果鐵素體不銹鋼的占有量從2003年的10上升到25，使用的鎳量將與2003年相同；到2010年，預計不銹鋼表觀消費量達到650萬噸時，如果鐵素

28、體不銹鋼的比例上升到40，那么使用的鎳量仍將與2003年相近?？梢?，在中國提高和擴大不銹鋼生產和消費的同時，根據國內市場需求，如果適當調高鐵素體不銹鋼的使用比例，不僅不會造成世界市場上鎳資源的緊張，還可降低消費者使用不銹鋼的成本。 近幾年，由于鎳價的飛漲，節(jié)鎳鉻錳奧氏體不銹鋼(200系列)在中國迅速地發(fā)展起來。但200系列不銹鋼只適用于耐弱腐蝕環(huán)境的一般用途，性能不能完全替代300系列。特別是在當前中國市場上通行的幾個牌號，有的只是國外的企業(yè)標準。如印度的J4，是在美國200系列牌號的基礎上降低了鎳和鉻的含量，其鎳含量只有1左右，是一個低鎳低鉻高錳加銅的產品，抗腐蝕性能比201牌號、202牌號

29、又有很大的下降，其使用范圍非常有限。因此認為，從市場銷售量上分析，該品種已超過合理使用范圍。同時發(fā)現有人在銷售中用200系不銹鋼假冒300系不銹鋼，以次頂好，給消費者帶來許多問題，特別是在工業(yè)領域使用會造成很大的隱患和危險。 。 總之，在不銹鋼節(jié)鎳問題上，應根據市場發(fā)展和用戶使用要求，采取科學態(tài)度，對于鎳元素該節(jié)約就節(jié)約，該使用就使用。在當前鎳資源短缺的情況下，在中國大力推廣鐵素體不銹鋼應該是一個最明智的選擇。鐵素體不銹鋼應用前景廣闊鐵素體不銹鋼與鉻鎳奧氏體不銹鋼同屬于比較古老且應用廣泛的不銹鋼類，工業(yè)生產已有80年的歷史。近年來，隨著人們對鐵素體不銹鋼的深入研究以及生產與應用技術的不斷改進和

30、完善，使采用近代不銹鋼生產技術所生產的低碳、氮，超低碳、氮以及高純和超級鐵素體不銹鋼等現代鐵素體不銹鋼與過去用電爐單煉并加工生產的傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼相比，不僅克服了在性能上的一些不足，而且在品質上得到了很大的改善和提高。因而現代鐵素體不銹鋼已廣泛應用于家用電器、廚房設備、交通運輸、環(huán)保及市政建設等，幾乎遍及與人們生活密切相關的各個領域。 中國是一個家電生產大國，而家電工業(yè)是鐵素體不銹鋼的使用大戶，如洗衣機的滾筒(用430牌號不銹鋼)和熱水器(用444牌號不銹鋼)等；中國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車排氣系統(tǒng)也成為鐵素體不銹鋼的重要應用領域(多采用409等牌號不銹鋼)；建筑室內外的裝飾，特別是屋面采用鐵

31、素體不銹鋼更具有優(yōu)勢，所以鐵素體不銹鋼在建筑裝飾行業(yè)也有廣泛使用的前景；在石化和環(huán)保等一些工業(yè)領域內，超純鐵素體不銹鋼也將成為重要材料。中國上述產業(yè)的發(fā)展。展示了鐵素體不銹鋼應用的廣闊前景。 因此，我們要進一步大力做好鐵素體不銹鋼的推廣工作。 第一，推廣鐵素體不銹鋼的應用，關鍵問題之一是消除消費者對鐵素體不銹鋼的誤解。鐵素體不銹鋼是鉻系不銹鋼，具有磁性，在民用領域與無磁的鉻鎳奧氏體不銹鋼一樣具有足夠的耐腐蝕性能。所以，要改變過去消費者用有無磁性來判斷是否是不銹鋼的不科學觀念，加強鐵素體不銹鋼的宣傳，使人們了解其特性和如何選用鐵素體不銹鋼。 第二，中國最大不銹鋼生產企業(yè)寶鋼與太鋼兩家都可以采用鐵

32、水兌入精煉爐的工藝，生產低成本的鐵素體不銹鋼，所以我們建議這兩家企業(yè)根據市場發(fā)展需要，增加鐵素體不銹鋼的產量，為不銹鋼的發(fā)展做貢獻。 第三，開展鐵素體不銹鋼生產、加工制造工藝的研究，及時解決出現的問題。 第四，加強與各行業(yè)協會的合作，共同做好鐵素體不銹鋼的推廣工作。 可以預期推進鐵素體不銹鋼的生產與應用，對中國不銹鋼產業(yè)的發(fā)展有著重大的現實意義。6汽車需求推動了鐵素體不銹鋼的發(fā)展 汽車產業(yè)的迅速發(fā)展離不開鋼鐵業(yè)多年的大力支持，我國汽車生產所用鋼材基本上是立足于國內供應，這也是汽車產業(yè)多年能持續(xù)發(fā)展的主要基礎之一。汽車的發(fā)展會不斷對汽車產品的安全性、節(jié)能、環(huán)保和輕量化等方面提出更高要求，這些性能

33、的提高都和汽車的主要材料鋼鐵及有色金屬性能的提高和品種的擴大有直接關系，其中就包括不銹鋼的應用與提高。我國現階段生產的中高檔、高檔轎車如奧迪、奔馳、寶馬、別克、本田等車型，隨著市場需求的增加正在逐步提高產量，與此同時對汽車用不銹鋼等金屬材料在數量和質量上也提出更高要求。今后20年之內，每輛中高檔轎車的不銹鋼應用量將由現在的30kg左右提高到45kg50kg。 中國汽車市場成長和發(fā)展期將有40年以上的歷程 從國外的汽車市場成長發(fā)展期的經歷來看：美國從20世紀20年代到60年代中期經歷了45年的成長發(fā)展期；日本從1964年至1990年經過了26年的汽車市場成長發(fā)展期。 中國國民經濟和人們的生活水平

34、在今后幾十年內將逐步提高，就連農用車也會不斷提高技術水平逐步轉化為各類汽車，這是中國汽車市場成長發(fā)展期的基礎。中國人口眾多和地域經濟發(fā)展水平不平衡的差距較大，沿海地區(qū)和大城市先行發(fā)展；中小城市和中部地區(qū)經濟已逐步得到發(fā)展；鄉(xiāng)鎮(zhèn)和西部地區(qū)還要經過幾十年的發(fā)展，其購買力水平才能逐步提高。這就是中國汽車市場成長發(fā)展期為什么要經歷40年以上時間的基礎，這也為不銹鋼特別是鐵素體不銹鋼的發(fā)展提供了廣闊空間。 汽車發(fā)展對鐵素體不銹鋼將提出更高要求 鐵素體不銹鋼在汽車上的應用多于奧氏體不銹鋼，主要是因為近年發(fā)展起來的鐵素體不銹鋼具有強度較高、線膨脹系數低、導熱性好、耐蝕性高等性能特點，是汽車排氣系統(tǒng)等零部件首

35、選的材料。因此，汽車行業(yè)和鋼鐵行業(yè)作為兩個很有前途的行業(yè)，應共同合作，不斷為適應汽車生產需要開發(fā)出提高性能、節(jié)約鎳鉻資源、降低成本的新的多品種、多規(guī)格鐵素體不銹鋼，來滿足市場需求。 由于耐熱、防蝕的要求，汽車發(fā)動機排氣系統(tǒng)對鐵素體不銹鋼的性能和用量要求越來越高，最終目的是降低重量和油耗。如中高檔轎車由鑄造排氣岐管改為焊接鐵素體不銹鋼排氣岐管，發(fā)動饑氣閥鋼采用21-4N、21-2N等不銹鋼和車內外裝飾等。汽車產業(yè)對不銹鋼的品種、規(guī)格多樣化的需求在不斷增加，尤其是對于不銹鋼板材。所以發(fā)展鐵素體不銹鋼、降低含鎳奧氏體不銹鋼的使用比例是汽車用不銹鋼的發(fā)展方向之一。 為改善鐵素體不銹鋼的性能，降低脆性、

36、提高低溫塑性、改善細化晶粒，主要是控制含碳量和降低含氮量；為提高鐵素體不銹鋼板材的高溫強度和低溫及大截面尺寸的材料韌性，可加入各種不同比例的鉬、硅、鋁等合金，增加鐵素體不銹鋼的品種以滿足汽車要求的各種性能；采用精煉、真空冶煉等工藝獲得低碳、低氮、低氧的高純度鐵素體不銹鋼，提高焊接性、常溫低溫韌性和降低缺口敏感性，使其在汽車上擴大應用范圍；為節(jié)約寶貴的鎳金屬，在低鉻(含鉻1115)和中鉻(含1620)鐵素體不銹鋼中加入適量硅、鈦、鉬、鋁、鈮等金屬，以提高不銹鋼的冷成形性和高溫強度。 近年發(fā)展的高鉻、鉬和低碳、氮超級鐵素體不銹鋼問世以來，解決了以往存在的不少性能問題，尤其解決了由氯化物引起的壓力腐

37、蝕、點蝕、縫隙腐蝕等問題，使鐵素體不銹鋼成為不銹鋼的重要角色。鐵素體不銹鋼在五金制品行業(yè)的應用虐待引導鐵素體不銹鋼在五金行業(yè)的定義和分類，與不銹鋼行業(yè)的定義和分類有很大區(qū)別。五金行業(yè)一般都是按照國際上相關廠家的產品型號來定義鐵素體不銹鋼的，例如對于韓國和日本生產的4系列不銹鋼稱鐵素體不銹鋼(常使用的有409、430等牌號)，分類主要依賴于應用實踐，按照性能來分類，這里面包括新的雙相不銹鋼品種。 不銹鋼制品發(fā)展前景樂觀 第一，汽車工業(yè)是當前發(fā)展最快的不銹鋼應用領域。在發(fā)達國家，轎車、大客車、火車、地鐵用車、高速鐵路用車等已廣泛采用不銹鋼。汽車的車身、排氣系統(tǒng)、油箱等越來越多地采用不銹鋼，日本轎車

38、不銹鋼用量已從平均每輛10千克增至30千克，美國已超過40千克。 第二，水的貯存、輸送、交貨、再生、海水淡化等水工業(yè)大量使用不銹鋼。例如日本開發(fā)出的波紋管接頭，使不銹鋼輸水管路的施工成本降低20，總成本降低3，維修成本降低34。 第三，建筑業(yè)是不銹鋼應用最早的領域之一，在建筑裝飾、不銹鋼屋面、建筑結構等都大量采用不銹鋼。 第四，在家電業(yè)中，不銹鋼用量大的有自動洗衣機內筒、熱水器內膽、微波爐內外殼體、冰箱內襯，并且多采用鐵素體不銹鋼。國內家電行業(yè)是不銹鋼應用的潛在大市場。據估計，今后510年，我國家電行業(yè)不銹鋼需求將達到10萬15萬噸。 第五，在環(huán)保工業(yè)中，工業(yè)廢氣、垃圾和污水處理裝置需采用不銹

39、鋼制造。 第六，工業(yè)設施也越來越多采用不銹鋼。發(fā)達國家工業(yè)設施采用的不銹鋼比例一般可到1520，化工、石化、化纖、造紙、食品、醫(yī)藥、能源(核電、火電、燃料電池)等領域都需要不銹鋼。 此外，城市建設和城市美化也大量使用不銹鋼。尤其是我國的大城市和沿海城市，使用不銹鋼的數量甚至超過了歐美國家，如不銹鋼旗桿、街道護欄、過街天橋、指示牌、垃圾桶、候車亭、交通指揮亭等有基本實現不銹鋼化的趨勢。 這些制品中除了一些有特殊用途的需要專項的不銹鋼材料制作外，其他的絕大多數都可以采用鐵素體不銹鋼制作。例如五金行業(yè)現在已廣泛使用鐵素體不銹鋼：燃氣用具的熱水器使用的不銹鋼要求很強的抗應力腐蝕能力，日本開發(fā)的444牌

40、號鐵素體不銹鋼用于各種熱水器效果很好；太陽能熱水器，鐵素體不銹鋼也是最好的選擇。家電行業(yè)廣泛使用鐵素體不銹鋼：洗衣機內筒要求的耐蝕不銹性能很高，洗衣機為了消毒還要有一定的耐溫能力(95攝氏度)和很好的強度，因此只能選用鐵素體不銹鋼(Crl7-430)；冰箱外殼也采用了鐵素體不銹鋼(430)。 總的來說，鐵素體不銹鋼制品的發(fā)展趨勢應當是很樂觀的。按人均不銹鋼消費量，世界平均為3.7kg年，而我國僅有2.3kg年。不銹鋼的消費強度一般為GDP的1.52倍。按此推算，結合人均消費，預計2005年我國不銹鋼消費量將超過400萬噸。如果按平均1.6萬元噸計算，材料產值達到640億元；按照加工系數為2.5

41、計算，不銹鋼制品產值將達到1600億元；如果考慮復合型產品產值的話，不銹鋼制品產值保守估計也會超過2000億元。2003年，五金制品行業(yè)的不銹鋼用量是180萬190萬噸(按五金行業(yè)定義)，其中鐵素體不銹鋼用量是15萬18萬噸，隨著市場的不斷擴大和應用領域的擴展，2005年預計達到20萬噸以上。 隨著中國社會全面進入小康社會，中國的二三級市場將達到全面家用電器時代，鐵素體不銹鋼的用量將翻番。目前，國內家電業(yè)的國際競爭能力逐漸增強，像海爾、格蘭士等企業(yè)已成為全球化的公司，將客觀地拉動鐵素體不銹鋼的使用量。不銹鋼制品在相關產業(yè)應用的擴展也將客觀地帶動鐵素體不銹鋼的使用量增長。如果能夠正確的引導，鐵素

42、體不銹鋼應用于五金制品行業(yè)應當說前景很好，對于五金制品行業(yè)的發(fā)展也大有好處。7影響鐵素體不銹鋼應用的原因和問題 目前，我國不銹鋼制品中鐵素體不銹鋼應用狀況很不理想。其主要原因有： 第一，用戶不認同。因為用戶的排斥導致供應商的不選擇，特別是不銹鋼設備，很多用戶拒絕接受304牌號以外的不銹鋼材質。 第二，鐵素體不銹鋼的加工工藝滯后。用鐵素體不銹鋼做出的器皿較之奧氏體鋼制作的器皿從光潔度和質感上都無法比較，其中原因就是沒有研究專用的鐵素體不銹鋼成型加工工藝和設備。 第三，制造商對于不同配比的鐵素體不銹鋼材料的金屬特性缺乏了解，也就無法大量應用。 第四，鐵素體不銹鋼在民用五金領域有一些局限性，如鐵素體

43、不銹鋼不可用于拉伸度大的產品。即使用于拉伸度大的產品，其光潔度也達不到標準，而且易裂，例如炊具和水槽都屬于需要拉伸的產品。這也制約了鐵素體不銹鋼的應用?，F在，醫(yī)院用品中開始使用430牌號不銹鋼制作的解剖臺、消毒池等。 鐵素體不銹鋼應用于五金制品行業(yè)應當說前景很好，但進一步發(fā)展也存在一些問題。其問題有：我國缺乏相應的不銹鋼制品國家標準，使鐵素體不銹鋼制品難以讓用戶認可；宏觀政策的制定只是從行業(yè)管理角度出發(fā)，而從行業(yè)發(fā)展角度出發(fā)的程度不夠；缺乏消費習慣的引導；工藝技術的發(fā)展和推廣比較有限?，F在，國家標準委員會已委托五金制品協會制定有關不銹鋼制品的產品標準，不久將會出臺。 作為五金制品行業(yè)，希望不銹

44、鋼生產企業(yè)在提供新材料的同時，也要為不銹鋼制品企業(yè)提供工藝技術的指導和支持；希望國家制定政策、媒體加強宣傳，引導消費者認同鐵素體不銹鋼制品；不銹鋼生產企業(yè)和制品企業(yè)多加強溝通、交流和合作，共同促進鐵素體不銹鋼的應用和推廣。8鐵素體不銹鋼的開發(fā)與應用受到重視原因近幾年鐵素體不銹鋼的開發(fā)與應用受到國內外的廣泛重視，其主要原因是：(1)Ni資源嚴重短缺，Ni價格波動幅度較大，導致300系列不銹鋼的生產成本大幅上升，而且原材料供應沒有保證；(2)隨著生產設備和技術進步，可以生產出性能優(yōu)異的鐵素體不銹鋼，替代300系列的一些品種；(3)含Ni不銹鋼對人體有一定危害，如對皮膚有過敏反應等。超純鐵素體不銹鋼

45、冶煉工藝極低的C、N含量是超純鐵素體不銹鋼最顯著的特征，而深度脫碳和脫氮也成為超純鐵素體不銹鋼冶煉的核心技術所在。目前，國內外許多學者認為超純鐵素體不銹鋼的冶煉要采用電弧爐+(AOD、K-OBM、MRP)脫碳+(VOD、SSVOD、VODPB、RHOB、RHKTB)真空精煉三步法工藝。因為兩步法(初煉爐+二次精煉)中的AOD在大氣壓下冶煉，存在著低碳范圍內的脫碳問題，不利于經濟地生產超低碳氮不銹鋼。但是太鋼曾用兩步法(AOD)冶煉鐵素體不銹鋼，其中C、N含量的情況見表1。表1AOD冶煉超純鐵素體不銹鋼中的C、N含量/10-6元素11%13%Cr鋼16%18%Cr鋼典型最好典型最好C703070

46、10050N801106010013070國內外三步法冶煉超純鐵素體不銹鋼的工藝路線中，VOD及其延伸工藝如SSVOD、VODPB，給AOD加上真空功能的VCR等精煉設備，在超純鐵素體不銹鋼的冶煉過程中發(fā)揮著重要作用。不論設備上是采用真空、強攪拌、還是噴吹氧化劑，它們都是通過改善低碳區(qū)脫碳的動力學條件，在深脫碳的同時促進脫氮的進行。SSVOD法是在吹煉的第1階段進行通常的VOD操作，在C0.01%的第2階段提高真空度，吹氬進行強攪拌促進脫碳和脫氮的方法。傳統(tǒng)VOD法的降碳、氮效果均以0.005%(甚至0.01%)為界，而SSVOD法采用多個包底透氣磚或者是24mm不銹鋼管吹氬，氬氣流量可由40

47、150L/min增大到12002700L/min。日本川崎西宮廠用50tSSVOD設備精煉17%Cr鐵素體不銹鋼時，底吹氬流量達1000L/min(常規(guī)VOD為100300L/min)，生產出了C+N10010-6的超高純鐵素體不銹鋼。VODPB法是日本住友金屬公司開發(fā)的，是在真空精煉過程中利用噴槍向鋼水表面噴吹鐵礦石、錳礦石等氧化劑，可在高碳區(qū)促進脫氮反應，在低碳區(qū)促進脫碳。用此法冶煉19%Cr和29%Cr鐵素體不銹鋼時，鋼中C+N分別達到3710-6、6010-6。VCR(VacuumConverterRefiner)法是基于AOD法在大氣壓下深脫碳受到限制而發(fā)展起來的，1991年日本大同

48、特殊鋼公司利用AODVCR工藝生產了13%Cr和20%Cr鐵素體不銹鋼，鋼中氮含量可分別達到(2040)10-6和(7090)10-6的極低水平。該工藝的實質就是給AOD精煉爐加上真空設備。它充分利用AOD的強攪拌和VCR的真空技術，在低碳范圍內改善脫碳效率。在精煉過程中，當C0.10%時，通常與AOD法相同，利用稀釋氣體(Ar或N2)進行脫碳；當C0.10%時，利用真空進行脫碳，真空度在(1050)133Pa。實際操作表明：低碳區(qū)的表觀脫碳速度常數，VCR法是AOD法的2倍，況且用VCR法不需要高真空度，在較短的時間內(一般處理時間為1020min)，能夠使終點碳達到較低值。綜合比較這3種精

49、煉法的效果見表2。在VOD冶煉結束時，N有相當大的回升。所以，除了加強深脫碳、脫氮外，還要強調密封，防止吸N2。表2不同精煉工藝冶煉超純鐵素體不銹鋼中C、N含量和主要效果工藝主要效果高純化水平(18Cr)/10-6能力成本純度CNC+NVODSS VOD205070VOD PB324880AODVCR20608080100現代鐵素體不銹鋼，尤其是超純鐵素體不銹鋼，由于具有合金含量低，耐氯化物應力腐蝕性好等優(yōu)點，是節(jié)鎳鋼種的理想選擇。我國生產的不銹鋼以奧氏體系列為主，鐵素體系列產量很低，而且品種結構單一，主要是430系列，應大力發(fā)展鐵素體系列不銹鋼。高真空、強攪拌和噴吹氧化劑是超純鐵素體不銹鋼冶煉的有效措施。4 結語(1)鐵素體不銹鋼具有獨特的使用性能(耐局部腐蝕和高屈服強度)和顯著的經濟性，成為材料工作者關注的熱點。(2)鐵索體不銹鋼存在嚴重的局限性，即脆性傾向，成為該類鋼發(fā)展的難點和關鍵。(3)隨著現代冶金技術的發(fā)展，使得克服上述局限性成為可能。其途徑有：一是