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(zi)1821年(nian)首(shou)(shou)次(ci)發(fa)(fa)現鉻對(dui)鋼(gang)的(de)耐腐蝕(shi)性(xing)的(de)有利作用,1912年(nian)首(shou)(shou)次(ci)進行工(gong)業化生產以來,鐵素體不銹鋼(gang)的(de)發(fa)(fa)展(zhan)主要經歷了四(si)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(shi)(shi)超低碳(tan)穩(wen)定化鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)階(jie)段。隨著SS-VOD精煉(lian)裝備和(he)三步法熔煉(lian)工藝(yi)的(de)(de)(de)確立(li),鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)碳(tan)、氮含(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)可以(yi)控制在(zai)一個(ge)極(ji)低的(de)(de)(de)水平,中(zhong)低鉻鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)碳(tan)+氮含(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)可以(yi)達到不(bu)超過(guo)0.015%,高鉻鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)碳(tan)+氮含(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)可以(yi)達到不(bu)超過(guo)0.025%,鋼(gang)(gang)中(zhong)穩(wen)定化元素含(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)降(jiang)低,連鑄工藝(yi)性(xing)能(neng)、產(chan)品表面質量(liang)(liang)(liang)(liang)和(he)焊接性(xing)能(neng)得到提高。在(zai)此基(ji)礎上(shang)(shang)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)第三代鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)不(bu)再(zai)僅僅局(ju)限(xian)于(yu)解(jie)決韌脆轉變和(he)晶間腐(fu)蝕(shi)問題(ti),而是(shi)(shi)主(zhu)要集中(zhong)于(yu)高性(xing)能(neng)鐵(tie)素體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)上(shang)(shang)。為(wei)(wei)了(le)解(jie)決水處(chu)理(li)工業上(shang)(shang)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)問題(ti),發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)了(le)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)優異的(de)(de)(de)019Cr19Mo2NbTi(444);為(wei)(wei)了(le)解(jie)決耐(nai)海水點腐(fu)蝕(shi)和(he)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)問題(ti)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)了(le)022Cr27Ni2Mo4NbTi(446)、022Cr29Mo4NbTi(447)。
(4)進(jin)入21世紀后(hou),鐵素體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)范圍進(jin)一步(bu)擴展(zhan)(zhan),廣泛應(ying)用(yong)于廚房設(she)備、家(jia)用(yong)電器、建筑內外裝飾、汽(qi)車運輸、熱交換器、貯水器等與人們生(sheng)活密切相關(guan)的(de)(de)(de)領(ling)(ling)域。各(ge)生(sheng)產(chan)(chan)廠(chang)家(jia)通過合金(jin)化和控制加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi),針對不(bu)同的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)領(ling)(ling)域,分別發(fa)展(zhan)(zhan)了(le)具(ju)有(you)優異成型性(xing)能(neng)、耐大(da)氣腐蝕性(xing)能(neng)、高(gao)溫疲勞性(xing)能(neng)、冷鐓(dui)性(xing)能(neng)和高(gao)表面質量等具(ju)有(you)不(bu)同特(te)性(xing)的(de)(de)(de)鐵素體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)新(xin)品種。我國的(de)(de)(de)鐵素體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)在2006-2020年(nian)(nian)期間有(you)一個(ge)飛(fei)躍式的(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)(zhan),粗(cu)鋼(gang)年(nian)(nian)產(chan)(chan)量(含(han)馬氏體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang))從2005年(nian)(nian)的(de)(de)(de)86萬噸(dun)飛(fei)速(su)提(ti)高(gao)到2020年(nian)(nian)的(de)(de)(de)592.5萬噸(dun);產(chan)(chan)品也(ye)從以(yi)前只能(neng)提(ti)供06Cr13A1、06Cr11Ti、10Cr17等比(bi)較單一的(de)(de)(de)牌號(hao),發(fa)展(zhan)(zhan)到可以(yi)提(ti)供包含(han)低(di)鉻(ge)(ge)、中(zhong)鉻(ge)(ge)、中(zhong)高(gao)鉻(ge)(ge)和高(gao)鉻(ge)(ge)等全系列的(de)(de)(de)鐵素體(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)牌號(hao),產(chan)(chan)品性(xing)能(neng)和質量也(ye)得(de)到大(da)幅(fu)度提(ti)升。這主要(yao)得(de)益于四個(ge)因素:
a. 我國經濟(ji)持續高速發(fa)展、居民收入逐步(bu)增加,為鐵(tie)素體不銹鋼的增長奠定(ding)了市場(chang)基礎;
b. 國際鎳(nie)價(jia)高漲,為鐵素體不銹鋼的發展帶(dai)來(lai)了(le)價(jia)格基礎;
c. 國(guo)內太鋼(gang)和寶鋼(gang)三步法不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)生產線的先(xian)后建成投產,為鐵素體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的生產打下了硬(ying)件基礎;
d. “十一五”期間國家科技支撐計(ji)劃“低鎳鐵(tie)素體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)板帶材關(guan)鍵技術開發(fa)”課題(ti)的(de)順利執行,給鐵(tie)素體(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)新品種(zhong)、新工藝的(de)開發(fa)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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