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(xiu)鋼的主導地位。針對不同的需求,奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)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不銹(xiu)鋼)。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(gang)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年開始采用蘇聯(lian)標(biao)準生(sheng)產321不銹鋼(gang),其成為我(wo)國(guo)最早(zao)研(yan)制(zhi)的不銹鋼(gang)品種之一。由于受(shou)到冶金裝(zhuang)備的制(zhi)約和蘇聯(lian)材(cai)料(liao)體(ti)系的影響,直至(zhi)20世紀90年代,1Cr18Ni9Ti不銹鋼(gang)在我(wo)國(guo)都長期占據統治地位,約占我(wo)國(guo)當時不銹鋼(gang)總產量(liang)70%~75%。
隨著20世紀60年代AOD、VOD等(deng)爐外精煉技術的(de)(de)出現,可將鋼(gang)中的(de)(de)碳控制在0.03%以內,從而(er)發(fa)展了超(chao)低碳奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang),代表牌號為00Cr19Ni10(304L)。和304比較,此(ci)鋼(gang)的(de)(de)碳含量(liang)進一步降低,同(tong)時為保證完(wan)全奧氏體(ti)(ti)組(zu)織,鋼(gang)中鉻、鎳含量(liang)略(lve)有(you)提高(gao)。此(ci)鋼(gang)最大的(de)(de)特點是耐腐蝕性(xing)能(neng)好(hao),特別(bie)是耐晶(jing)間腐蝕性(xing)能(neng)顯著提高(gao)。
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不銹鋼、316L不銹鋼(gang)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(zai)(zai)(zai)對(dui)(dui)強度(du)、耐(nai)蝕(shi)綜合性能(neng)(neng)(neng)(neng)有(you)高(gao)(gao)要(yao)求的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)場合,氮合金化的(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)逐漸(jian)引起了(le)(le)(le)人(ren)(ren)們的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)視。早在(zai)(zai)(zai)20世(shi)紀(ji)40年代(dai),由于當(dang)時不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中貴重(zhong)元(yuan)(yuan)素鎳(nie)(nie)資源的(de)(de)(de)(de)(de)奇缺(que),促使(shi)了(le)(le)(le)人(ren)(ren)們對(dui)(dui)鉻(ge)(ge)鎳(nie)(nie)錳(meng)氮和鉻(ge)(ge)錳(meng)氮奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)廣泛研(yan)究,使(shi)得Cr-Mn-Ni-N不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)系(xi)(xi)列即美國200系(xi)(xi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)誕生。鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)氮主要(yao)是靠錳(meng)提(ti)(ti)高(gao)(gao)其(qi)溶(rong)解(jie)度(du),含量(liang)(liang)在(zai)(zai)(zai)0.10%~0.25%范(fan)圍(wei)內。但是受限于冶(ye)煉技術(shu),一方(fang)面(mian)碳含量(liang)(liang)仍然很(hen)難降低(di)到(dao)0.06%以(yi)下,另一方(fang)面(mian)氮的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)入和固(gu)溶(rong)缺(que)乏(fa)有(you)效手段,200系(xi)(xi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)綜合性能(neng)(neng)(neng)(neng)上并沒(mei)有(you)300系(xi)(xi)優良,因而只(zhi)在(zai)(zai)(zai)一些(xie)低(di)端的(de)(de)(de)(de)(de)場合得到(dao)了(le)(le)(le)應用(yong)(yong),并且逐漸(jian)淡(dan)出(chu)了(le)(le)(le)研(yan)究者們的(de)(de)(de)(de)(de)視線(xian)。到(dao)了(le)(le)(le)20世(shi)紀(ji)70年代(dai),隨著(zhu)AOD等(deng)爐(lu)外(wai)精煉技術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展,特別(bie)是加(jia)壓冶(ye)金技術(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)現,更高(gao)(gao)氮含量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)得以(yi)研(yan)制成(cheng)功,氮在(zai)(zai)(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)(liang)越來(lai)越高(gao)(gao),給(gei)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)帶來(lai)了(le)(le)(le)性能(neng)(neng)(neng)(neng)上的(de)(de)(de)(de)(de)許多有(you)益的(de)(de)(de)(de)(de)變化。具(ju)體(ti)表(biao)現在(zai)(zai)(zai):(1)氮是強效的(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)形(xing)成(cheng)元(yuan)(yuan)素,1千克(ke)的(de)(de)(de)(de)(de)氮相當(dang)于6~22千克(ke)鎳(nie)(nie)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong),在(zai)(zai)(zai)鎳(nie)(nie)當(dang)量(liang)(liang)公(gong)式中,氮的(de)(de)(de)(de)(de)系(xi)(xi)數(shu)為(wei)18~30,表(biao)明其(qi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)形(xing)成(cheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)非(fei)常強。(2)氮在(zai)(zai)(zai)顯(xian)著(zhu)提(ti)(ti)高(gao)(gao)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)強度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)同時,并不(bu)(bu)降低(di)材料的(de)(de)(de)(de)(de)塑韌性,在(zai)(zai)(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中,每加(jia)入0.10%的(de)(de)(de)(de)(de)氮,其(qi)強度(du)提(ti)(ti)高(gao)(gao)約60~100兆(zhao)帕,前提(ti)(ti)條件是氮必須固(gu)溶(rong)存在(zai)(zai)(zai)。此外(wai),氮也能(neng)(neng)(neng)(neng)提(ti)(ti)高(gao)(gao)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)抗蠕(ru)變、疲勞、磨(mo)損以(yi)及低(di)溫性能(neng)(neng)(neng)(neng)。(3)氮有(you)效地促進了(le)(le)(le)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)耐(nai)點蝕(shi)、縫隙腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li),其(qi)作(zuo)用(yong)(yong)是鉻(ge)(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)16~30倍,鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)5倍。同時,適量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)氮含量(liang)(liang)也有(you)利于提(ti)(ti)高(gao)(gao)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)。因而在(zai)(zai)(zai)20世(shi)紀(ji)末至21世(shi)紀(ji)初(chu),掀起了(le)(le)(le)高(gao)(gao)氮不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)研(yan)究的(de)(de)(de)(de)(de)熱潮(chao),研(yan)發(fa)了(le)(le)(le)大量(liang)(liang)高(gao)(gao)氮奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)材料,并廣泛應用(yong)(yong)于油(you)氣開采、礦山機械、低(di)溫超導(dao)等(deng)領域(yu)。
由(you)于大(da)量的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)均(jun)需要(yao)配合加壓冶煉(lian),很難滿足低成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu),從(cong)(cong)而(er)在(zai)21世紀初氮(dan)合金(jin)化奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)發(fa)(fa)演變成(cheng)(cheng)兩個(ge)方(fang)向(xiang):(1)以(yi)追求(qiu)高(gao)(gao)性能(neng)為(wei)主(zhu)要(yao)目的(de)(de)(de)(de)(de),或者(zhe)(zhe)是高(gao)(gao)強高(gao)(gao)韌的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),或者(zhe)(zhe)是耐(nai)(nai)蝕(shi)性和(he)(he)(he)力(li)學(xue)性能(neng)兼顧的(de)(de)(de)(de)(de)超級奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。主(zhu)要(yao)利(li)用(yong)氮(dan)對(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)力(li)學(xue)性能(neng)和(he)(he)(he)耐(nai)(nai)蝕(shi)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)貢(gong)獻(xian),通(tong)過特(te)(te)(te)殊(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)冶煉(lian)工藝(yi)和(he)(he)(he)恰當的(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)設計,將氮(dan)極大(da)地(di)固(gu)溶于鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中,從(cong)(cong)而(er)研(yan)制出力(li)學(xue)性能(neng)和(he)(he)(he)耐(nai)(nai)蝕(shi)性能(neng)均(jun)非常優異的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)(te)(te)殊(shu)用(yong)途不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。此(ci)方(fang)面工作(zuo)(zuo)(zuo)以(yi)德(de)國(guo)(guo)、保(bao)加利(li)亞、瑞士和(he)(he)(he)日(ri)(ri)本(ben)(ben)為(wei)代(dai)表(biao),材料主(zhu)要(yao)用(yong)于特(te)(te)(te)殊(shu)領域,如超導(dao)、國(guo)(guo)防軍工等。日(ri)(ri)本(ben)(ben)國(guo)(guo)立材料研(yan)究(jiu)院(yuan)(NIMS)于2000年(nian)后(hou)開(kai)展的(de)(de)(de)(de)(de)面向(xiang)海(hai)洋開(kai)發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)氮(dan)高(gao)(gao)鉬奧(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)系(xi)列(lie)研(yan)究(jiu)工作(zuo)(zuo)(zuo),氮(dan)含量達1%左右。(2)以(yi)節約資源、降低成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)為(wei)主(zhu)要(yao)目的(de)(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)經濟型不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。此(ci)類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)利(li)用(yong)氮(dan)對(dui)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)組(zu)織的(de)(de)(de)(de)(de)影響,部(bu)分(fen)或全部(bu)替代(dai)貴重(zhong)金(jin)屬(shu)鎳,使得鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)較(jiao)低的(de)(de)(de)(de)(de)原料成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)下(xia)仍(reng)保(bao)持奧(ao)氏(shi)(shi)體組(zu)織,從(cong)(cong)而(er)在(zai)性能(neng)上兼顧奧(ao)氏(shi)(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)(te)(te)點(dian)和(he)(he)(he)氮(dan)對(dui)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong),進(jin)一步擴(kuo)大(da)了(le)(le)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)。如美國(guo)(guo)在(zai)20世紀60年(nian)代(dai)后(hou)逐步開(kai)發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)Nitronic合金(jin)系(xi)列(lie),奧(ao)地(di)利(li)伯樂(Bohler)公(gong)司生產的(de)(de)(de)(de)(de)無磁鉆鋌系(xi)列(lie)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)等。針對(dui)中國(guo)(guo)市場對(dui)低成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)需求(qiu),美國(guo)(guo)開(kai)發(fa)(fa)了(le)(le)204Cu不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),蒂森克(ke)虜(lu)伯(Thyssenkrupp)公(gong)司開(kai)發(fa)(fa)了(le)(le)Nirostal.4640不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),山特(te)(te)(te)維克(ke)(Sandvik)公(gong)司開(kai)發(fa)(fa)了(le)(le)Loniflex 不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(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(zhi)德鋼業,我們根(gen)據(ju)您的實際需(xu)求,給出參考建議,為您提(ti)供高性價比的不銹鋼管道及配件。

