奧氏體不銹鋼由于在生產和應用方面具有突出的優越性,產量和使用范圍日益擴大,很快占據不銹鋼(gang)的主導地位。針對不同的需求,奧氏體不銹(xiu)鋼經過不斷的發展和改進,牌號越來越多,逐步形成當前較為完整的奧氏體不銹鋼品種系列(見圖2-1-1)。目前,在世界范圍內和各主要不銹鋼生產國中,奧氏體不銹鋼產量約占不銹鋼總產量的70%。
最早的奧氏體不銹鋼于1912年在德國發明,1914年定名為V2A的第一個奧氏體不銹鋼在制堿和合成氨生產中獲得工業應用。其主要成分為20%鉻、7%鎳,但碳含量較高,約為0.25%。其后隨著生產工藝的改進,逐漸演變成為人們所熟知的18-8型不銹鋼,即0Cr18Ni9(304不(bu)銹(xiu)鋼(gang))。受冶煉水平的限制,早期的18-8型不銹鋼中含有較高的碳,很容易與鉻形成碳化物,對耐蝕至關重要的鉻元素受到損失,降低了耐蝕性能。為了避免這種情況發生,人們開發了鈦、鈮穩定化的奧氏體不銹鋼,其中以1Cr18Ni9Ti(321)不銹鋼最有名。其原理很簡單,就是利用穩定化處理,使鈦、鈮優先與碳結合,避免了碳與鉻結合。321不銹鋼因其優良的力學性能和耐蝕性能,曾廣泛應用于飛機制造等領域。1Cr18Ni9Ti不銹鋼的出現對于解決敏化態晶間腐蝕起到了非常重要的作用,但這類鋼也有不足之處,如在進行焊接時,往往會出現一種類似刀狀的腐蝕;鋼中含有鈦、鈮貴金屬,經濟性不太好;鈦容易在鋼中形成TiN夾雜,易發生表面質量問題等。
我(wo)國(guo)從1952年開始采(cai)用蘇(su)聯標準(zhun)生產321不(bu)銹(xiu)鋼,其成為(wei)我(wo)國(guo)最早研制的(de)不(bu)銹(xiu)鋼品種之一。由于受到冶金裝備(bei)的(de)制約(yue)(yue)和蘇(su)聯材料體系(xi)的(de)影響,直至20世紀90年代,1Cr18Ni9Ti不(bu)銹(xiu)鋼在我(wo)國(guo)都長期占據統(tong)治地位,約(yue)(yue)占我(wo)國(guo)當時不(bu)銹(xiu)鋼總(zong)產量(liang)70%~75%。
隨著20世紀60年代(dai)AOD、VOD等爐外精煉技(ji)術(shu)的(de)(de)出現,可將(jiang)鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)碳控制在(zai)0.03%以(yi)內,從(cong)而發展了超低碳奧氏體不銹鋼(gang),代(dai)表(biao)牌號(hao)為(wei)00Cr19Ni10(304L)。和304比較,此鋼(gang)的(de)(de)碳含(han)量(liang)進一步降低,同時為(wei)保證完(wan)全(quan)奧氏體組(zu)織,鋼(gang)中(zhong)(zhong)鉻、鎳含(han)量(liang)略有提高。此鋼(gang)最(zui)大(da)的(de)(de)特點是(shi)耐(nai)腐蝕性(xing)能好,特別是(shi)耐(nai)晶間腐蝕性(xing)能顯著提高。
我國也較早開始研制這類低碳、超低碳奧氏體不銹鋼鋼種,但限于當時我國的冶金工藝裝備條件只能使用電爐冶煉,對原材料要求高,產品價格貴,生產過程中將碳量降低到所要求的水平相當困難,低碳不銹鋼的推廣應用與當時的歐美先進水平存在差距。“六五”期間我國重點解決了不銹鋼的二次精煉裝備和工藝,先后在鋼廠建成多座AOD和VOD的精煉設備,實現了將碳含量降至0.03%以下且可以使用廉價的原材料。“七五”期間,我國重點解決了低碳、超低碳奧氏體不銹鋼性能水平達到國際水平的軟件技術開發。針對化工、輕工、紡織等行業,集中開發了00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2等牌號。20世紀90年代以后,我國304L不(bu)銹鋼、316L不銹(xiu)鋼等低碳、超低碳奧氏體不銹鋼品種迎來了蓬勃發展,逐漸成為我國不銹鋼中的最主要鋼種。
304L不銹鋼通過降低碳含量,在顯著提升耐晶間腐蝕性能的同時,卻帶來鋼的固溶強度偏低的劣勢。
在對(dui)強度(du)、耐蝕綜合(he)性(xing)(xing)(xing)能(neng)有(you)(you)(you)高(gao)(gao)要求的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)場(chang)合(he),氮(dan)合(he)金化的(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)逐漸引(yin)起了人們(men)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)視。早在20世紀(ji)40年(nian)代,由于(yu)(yu)當時(shi)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)貴重(zhong)元素(su)鎳資源的(de)(de)(de)(de)(de)奇(qi)缺,促(cu)使了人們(men)對(dui)鉻(ge)鎳錳氮(dan)和鉻(ge)錳氮(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)廣(guang)泛(fan)研(yan)究(jiu),使得Cr-Mn-Ni-N不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)系列(lie)即(ji)美(mei)國200系奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)誕生。鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)主(zhu)要是(shi)(shi)(shi)(shi)靠錳提(ti)高(gao)(gao)其(qi)(qi)溶解度(du),含(han)(han)量(liang)在0.10%~0.25%范圍內。但是(shi)(shi)(shi)(shi)受限于(yu)(yu)冶煉技術,一方面碳含(han)(han)量(liang)仍然很難降低到0.06%以(yi)下,另一方面氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)入和固溶缺乏(fa)有(you)(you)(you)效(xiao)手段,200系奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在綜合(he)性(xing)(xing)(xing)能(neng)上并(bing)沒有(you)(you)(you)300系優(you)良,因而(er)只在一些低端的(de)(de)(de)(de)(de)場(chang)合(he)得到了應(ying)用(yong)(yong),并(bing)且逐漸淡出了研(yan)究(jiu)者們(men)的(de)(de)(de)(de)(de)視線。到了20世紀(ji)70年(nian)代,隨(sui)著(zhu)AOD等爐(lu)外(wai)精(jing)煉技術的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展,特別(bie)是(shi)(shi)(shi)(shi)加(jia)壓(ya)冶金技術的(de)(de)(de)(de)(de)出現,更(geng)高(gao)(gao)氮(dan)含(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)得以(yi)研(yan)制成(cheng)(cheng)功,氮(dan)在奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)越來(lai)越高(gao)(gao),給奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)帶來(lai)了性(xing)(xing)(xing)能(neng)上的(de)(de)(de)(de)(de)許多有(you)(you)(you)益的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化。具體(ti)表現在:(1)氮(dan)是(shi)(shi)(shi)(shi)強效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)形成(cheng)(cheng)元素(su),1千克的(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)相當于(yu)(yu)6~22千克鎳的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong),在鎳當量(liang)公(gong)式中(zhong),氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)系數為(wei)18~30,表明其(qi)(qi)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)形成(cheng)(cheng)能(neng)力非(fei)常(chang)強。(2)氮(dan)在顯著(zhu)提(ti)高(gao)(gao)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)強度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)同時(shi),并(bing)不(bu)降低材料的(de)(de)(de)(de)(de)塑韌性(xing)(xing)(xing),在奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong),每加(jia)入0.10%的(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan),其(qi)(qi)強度(du)提(ti)高(gao)(gao)約(yue)60~100兆(zhao)帕,前提(ti)條件是(shi)(shi)(shi)(shi)氮(dan)必須固溶存在。此外(wai),氮(dan)也能(neng)提(ti)高(gao)(gao)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)抗蠕變(bian)、疲勞、磨(mo)損以(yi)及低溫性(xing)(xing)(xing)能(neng)。(3)氮(dan)有(you)(you)(you)效(xiao)地促(cu)進了奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)耐點蝕、縫隙腐蝕的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力,其(qi)(qi)作用(yong)(yong)是(shi)(shi)(shi)(shi)鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)16~30倍,鉬的(de)(de)(de)(de)(de)5倍。同時(shi),適量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)含(han)(han)量(liang)也有(you)(you)(you)利(li)于(yu)(yu)提(ti)高(gao)(gao)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐晶間腐蝕的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力。因而(er)在20世紀(ji)末至21世紀(ji)初,掀起了高(gao)(gao)氮(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)潮,研(yan)發(fa)了大量(liang)高(gao)(gao)氮(dan)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材料,并(bing)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)(yong)于(yu)(yu)油氣(qi)開(kai)采、礦(kuang)山機械、低溫超導等領(ling)域。
由于大(da)量(liang)的(de)(de)(de)(de)高(gao)氮不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)均需要(yao)配合(he)加(jia)(jia)壓冶(ye)煉(lian),很難(nan)滿(man)足低成(cheng)本(ben)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求,從(cong)(cong)而(er)在21世紀初氮合(he)金(jin)(jin)(jin)化(hua)奧氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)研(yan)發(fa)(fa)演變成(cheng)兩(liang)個方向:(1)以追求高(gao)性(xing)(xing)能(neng)(neng)為(wei)主(zhu)要(yao)目(mu)的(de)(de)(de)(de),或者是高(gao)強(qiang)高(gao)韌(ren)的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),或者是耐蝕性(xing)(xing)和(he)(he)力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)兼顧的(de)(de)(de)(de)超級(ji)奧氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。主(zhu)要(yao)利(li)用氮對不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)(he)耐蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)貢獻,通過特(te)殊(shu)的(de)(de)(de)(de)冶(ye)煉(lian)工藝(yi)和(he)(he)恰(qia)當的(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)(jin)設計,將氮極大(da)地固溶于鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中,從(cong)(cong)而(er)研(yan)制出(chu)力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)(he)耐蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)均非常優(you)異的(de)(de)(de)(de)特(te)殊(shu)用途不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。此方面工作以德國(guo)、保加(jia)(jia)利(li)亞(ya)、瑞士和(he)(he)日本(ben)為(wei)代表,材(cai)料主(zhu)要(yao)用于特(te)殊(shu)領域(yu),如超導、國(guo)防(fang)軍工等。日本(ben)國(guo)立材(cai)料研(yan)究院(NIMS)于2000年(nian)后開展(zhan)的(de)(de)(de)(de)面向海洋(yang)開發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)高(gao)氮高(gao)鉬奧氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)系(xi)列研(yan)究工作,氮含量(liang)達1%左(zuo)右。(2)以節約資源、降低成(cheng)本(ben)為(wei)主(zhu)要(yao)目(mu)的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)經濟型不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。此類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)利(li)用氮對鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)組(zu)織的(de)(de)(de)(de)影響(xiang),部(bu)分或全部(bu)替代貴(gui)重金(jin)(jin)(jin)屬(shu)鎳,使得(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在較低的(de)(de)(de)(de)原料成(cheng)本(ben)下仍保持奧氏(shi)體組(zu)織,從(cong)(cong)而(er)在性(xing)(xing)能(neng)(neng)上(shang)兼顧奧氏(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)特(te)點和(he)(he)氮對鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)作用,進(jin)一(yi)步擴(kuo)大(da)了(le)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)使用。如美國(guo)在20世紀60年(nian)代后逐步開發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)Nitronic合(he)金(jin)(jin)(jin)系(xi)列,奧地利(li)伯(bo)樂(Bohler)公(gong)(gong)司(si)生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)無磁鉆鋌系(xi)列鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)等。針(zhen)對中國(guo)市場(chang)對低成(cheng)本(ben)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)需求,美國(guo)開發(fa)(fa)了(le)204Cu不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),蒂森(sen)克虜(lu)伯(bo)(Thyssenkrupp)公(gong)(gong)司(si)開發(fa)(fa)了(le)Nirostal.4640不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),山特(te)維克(Sandvik)公(gong)(gong)司(si)開發(fa)(fa)了(le)Loniflex 不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。
我國在20世紀90年代開始比較系統地開展氮在不銹鋼中應用的研究工作,主要為國防軍工等特殊性能要求的不銹鋼進行的研究。2000年后,由于國際上對高氮不銹鋼的開發熱潮及對氮的有益作用的深刻認識,國內不銹鋼行業開始重視氮在不銹鋼中的應用,并廣泛在304、316奧氏體不銹鋼中加入適當氮以提高力學性能和耐蝕性能。2004年新修訂的不銹鋼牌號標準中,增加了304N、304LN、316NG不(bu)銹鋼、316LN不銹鋼等含氮奧氏體不銹鋼。但是當時對氮在不銹鋼中的存在形式和作用的認識還比較模糊。盡管鋼鐵研究總院、上海材料研究所等單位很早就關注氮合金化不銹鋼的學術動態,但是真正掀起全國范圍的氮合金化不銹鋼研究熱潮是在2006年于四川九寨溝召開的高氮鋼國際會議。鋼鐵研究總院在國家“973計劃”基礎研究的支持下,系統研究了1Cr22Mn16N奧氏體不銹鋼的析出相、韌脆轉變、熱加工和焊接等性能,2009年在國際上率先采用電爐+AOD+連鑄大工業流程于常壓下工業化生產出氮含量超過0.6%的高氮奧氏體不銹鋼。在“十二五”和“十三五”期間,進一步依托國家科技支撐計劃,研制出工業化產品的高氮無磁護環和無磁鉆鋌材料。與此同時,中科院金屬所研究開發了醫用無鎳BIOSSN4不銹鋼,并用于醫療器械的制造。北京科技大學、太鋼、太原科技大學等單位對Mn18Cr18N護環用鋼進行了熱加工等方面的研究。在冶煉工藝方面,鋼鐵研究總院、北京科技大學采用粉末冶金工藝進行了高氮奧氏體不銹鋼的研究。東北大學采用氮氣保護電渣重熔和加壓電渣重熔工藝進行了約1%氮含量的高氮奧氏體不銹鋼的研究。目前,越來越多的氮合金化不銹鋼開始工業生產,據不完全統計,全國每年生產的氮合金化不銹鋼多達1000萬噸以上,占不銹鋼消費量的30%以上。
至德鋼(gang)業,我們根據您的實際需求(qiu),給出參考建議,為您提供高性價比的不銹鋼(gang)管(guan)道及配件。