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,很快占據不銹鋼的主導地位。針對不同的需求,奧氏體不銹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不銹鋼(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(bu)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)國從1952年開始采用蘇聯標準生產(chan)(chan)321不銹(xiu)(xiu)鋼(gang),其(qi)成為我(wo)國最早(zao)研(yan)制的不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)品(pin)種之一(yi)。由于受到冶金裝備的制約和蘇聯材料體系的影響,直至20世紀90年代,1Cr18Ni9Ti不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)在我(wo)國都長期占據(ju)統治地位,約占我(wo)國當時不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)總(zong)產(chan)(chan)量70%~75%。
隨著(zhu)20世(shi)紀60年代(dai)AOD、VOD等爐外(wai)精煉技術的出現,可將鋼中(zhong)的碳(tan)控(kong)制在0.03%以(yi)內,從而發展了超(chao)低碳(tan)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼,代(dai)表牌(pai)號為(wei)00Cr19Ni10(304L)。和304比(bi)較,此鋼的碳(tan)含量進一步降低,同時(shi)為(wei)保證完(wan)全奧氏體(ti)組織(zhi),鋼中(zhong)鉻、鎳含量略有提(ti)高。此鋼最(zui)大的特(te)點是耐腐蝕(shi)性(xing)能好,特(te)別是耐晶間腐蝕(shi)性(xing)能顯(xian)著(zhu)提(ti)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不銹鋼(gang)、316L不(bu)銹鋼等低碳、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(zai)(zai)(zai)(zai)對強(qiang)度、耐蝕(shi)綜合性能有高(gao)(gao)(gao)要求的(de)(de)(de)(de)應(ying)用場合,氮(dan)(dan)(dan)(dan)合金化的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)逐漸(jian)引起了(le)人們(men)的(de)(de)(de)(de)重視。早(zao)在(zai)(zai)(zai)(zai)20世紀(ji)40年代(dai),由(you)于(yu)(yu)當(dang)(dang)時(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中貴(gui)重元(yuan)素鎳資源的(de)(de)(de)(de)奇缺,促(cu)使(shi)了(le)人們(men)對鉻鎳錳(meng)氮(dan)(dan)(dan)(dan)和鉻錳(meng)氮(dan)(dan)(dan)(dan)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)廣泛研(yan)究,使(shi)得Cr-Mn-Ni-N不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)系(xi)列即美國200系(xi)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)誕生。鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)主要是靠錳(meng)提(ti)高(gao)(gao)(gao)其(qi)溶解度,含(han)量(liang)(liang)在(zai)(zai)(zai)(zai)0.10%~0.25%范(fan)圍內。但是受限于(yu)(yu)冶煉技術(shu),一方面碳含(han)量(liang)(liang)仍然很難降低(di)到0.06%以(yi)(yi)下,另一方面氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)加入和固溶缺乏有效手段(duan),200系(xi)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)(zai)綜合性能上(shang)并(bing)沒有300系(xi)優良,因而只在(zai)(zai)(zai)(zai)一些低(di)端的(de)(de)(de)(de)場合得到了(le)應(ying)用,并(bing)且逐漸(jian)淡出了(le)研(yan)究者們(men)的(de)(de)(de)(de)視線。到了(le)20世紀(ji)70年代(dai),隨著AOD等爐外(wai)精煉技術(shu)的(de)(de)(de)(de)發展(zhan),特(te)別是加壓(ya)冶金技術(shu)的(de)(de)(de)(de)出現,更高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)得以(yi)(yi)研(yan)制成功,氮(dan)(dan)(dan)(dan)在(zai)(zai)(zai)(zai)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)(liang)越來越高(gao)(gao)(gao),給奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)帶(dai)來了(le)性能上(shang)的(de)(de)(de)(de)許多有益的(de)(de)(de)(de)變化。具(ju)體(ti)(ti)(ti)(ti)表(biao)現在(zai)(zai)(zai)(zai):(1)氮(dan)(dan)(dan)(dan)是強(qiang)效的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)形(xing)成元(yuan)素,1千克的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)相當(dang)(dang)于(yu)(yu)6~22千克鎳的(de)(de)(de)(de)作用,在(zai)(zai)(zai)(zai)鎳當(dang)(dang)量(liang)(liang)公式中,氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)系(xi)數為18~30,表(biao)明其(qi)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)形(xing)成能力非常(chang)強(qiang)。(2)氮(dan)(dan)(dan)(dan)在(zai)(zai)(zai)(zai)顯著提(ti)高(gao)(gao)(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)同時(shi)(shi),并(bing)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)降低(di)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)塑韌性,在(zai)(zai)(zai)(zai)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中,每加入0.10%的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan),其(qi)強(qiang)度提(ti)高(gao)(gao)(gao)約60~100兆帕,前提(ti)條件是氮(dan)(dan)(dan)(dan)必(bi)須固溶存在(zai)(zai)(zai)(zai)。此(ci)外(wai),氮(dan)(dan)(dan)(dan)也能提(ti)高(gao)(gao)(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗(kang)蠕(ru)變、疲勞、磨損以(yi)(yi)及低(di)溫性能。(3)氮(dan)(dan)(dan)(dan)有效地促(cu)進了(le)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)耐點(dian)蝕(shi)、縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)能力,其(qi)作用是鉻的(de)(de)(de)(de)16~30倍,鉬的(de)(de)(de)(de)5倍。同時(shi)(shi),適量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)含(han)量(liang)(liang)也有利于(yu)(yu)提(ti)高(gao)(gao)(gao)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)耐晶間腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)能力。因而在(zai)(zai)(zai)(zai)20世紀(ji)末至21世紀(ji)初,掀起了(le)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)研(yan)究的(de)(de)(de)(de)熱潮(chao),研(yan)發了(le)大量(liang)(liang)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)材(cai)料,并(bing)廣泛應(ying)用于(yu)(yu)油氣開采、礦山機械(xie)、低(di)溫超導等領域。
由于(yu)大(da)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)高氮不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)均需要(yao)(yao)(yao)配(pei)合(he)加壓冶(ye)煉,很難滿(man)足低成(cheng)本(ben)的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求,從而(er)在21世紀(ji)初氮合(he)金化奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)發(fa)(fa)演變(bian)成(cheng)兩個方向:(1)以(yi)追求高性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)為主要(yao)(yao)(yao)目的(de)(de)(de)(de)(de),或(huo)者是(shi)高強高韌的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),或(huo)者是(shi)耐蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)力學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)兼(jian)(jian)顧(gu)的(de)(de)(de)(de)(de)超級奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。主要(yao)(yao)(yao)利(li)用氮對(dui)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)力學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)耐蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)貢獻(xian),通過特(te)殊(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)冶(ye)煉工(gong)藝和(he)恰當(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)金設(she)計,將氮極(ji)大(da)地固(gu)溶于(yu)鋼(gang)(gang)(gang)中,從而(er)研(yan)(yan)制出力學(xue)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)耐蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)均非(fei)常優異的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)殊(shu)用途不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。此方面工(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)以(yi)德國(guo)(guo)(guo)、保加利(li)亞、瑞士(shi)和(he)日本(ben)為代表(biao),材(cai)料主要(yao)(yao)(yao)用于(yu)特(te)殊(shu)領域,如超導、國(guo)(guo)(guo)防軍工(gong)等。日本(ben)國(guo)(guo)(guo)立材(cai)料研(yan)(yan)究(jiu)院(NIMS)于(yu)2000年后(hou)開(kai)展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)面向海(hai)洋(yang)開(kai)發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)高氮高鉬奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)系列(lie)(lie)研(yan)(yan)究(jiu)工(gong)作(zuo)(zuo)(zuo),氮含量(liang)達1%左右。(2)以(yi)節約資源、降(jiang)低成(cheng)本(ben)為主要(yao)(yao)(yao)目的(de)(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)(de)經濟(ji)型(xing)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。此類鋼(gang)(gang)(gang)利(li)用氮對(dui)鋼(gang)(gang)(gang)組織的(de)(de)(de)(de)(de)影響,部(bu)分或(huo)全部(bu)替代貴重金屬鎳,使得(de)鋼(gang)(gang)(gang)在較低的(de)(de)(de)(de)(de)原料成(cheng)本(ben)下仍保持奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織,從而(er)在性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)上兼(jian)(jian)顧(gu)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)點(dian)和(he)氮對(dui)鋼(gang)(gang)(gang)性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用,進一步擴大(da)了不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)使用。如美國(guo)(guo)(guo)在20世紀(ji)60年代后(hou)逐步開(kai)發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)Nitronic合(he)金系列(lie)(lie),奧(ao)(ao)地利(li)伯樂(Bohler)公(gong)司(si)生產的(de)(de)(de)(de)(de)無磁(ci)鉆(zhan)鋌系列(lie)(lie)鋼(gang)(gang)(gang)等。針對(dui)中國(guo)(guo)(guo)市場對(dui)低成(cheng)本(ben)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)需求,美國(guo)(guo)(guo)開(kai)發(fa)(fa)了204Cu不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),蒂森克虜伯(Thyssenkrupp)公(gong)司(si)開(kai)發(fa)(fa)了Nirostal.4640不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),山特(te)維克(Sandvik)公(gong)司(si)開(kai)發(fa)(fa)了Loniflex 不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(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。
至德鋼業,我們根據(ju)您的實際需求,給出(chu)參考建議,為您提(ti)供高性(xing)價(jia)比的不銹鋼管道及(ji)配件。