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(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(bu)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)國從1952年開始(shi)采(cai)用蘇(su)聯標準生產(chan)321不銹(xiu)鋼(gang)(gang),其成為我(wo)國最早研制(zhi)的不銹(xiu)鋼(gang)(gang)品種之一。由于受到冶金裝備(bei)的制(zhi)約和蘇(su)聯材料(liao)體系的影響(xiang),直至(zhi)20世紀90年代,1Cr18Ni9Ti不銹(xiu)鋼(gang)(gang)在我(wo)國都長期占據統治地位(wei),約占我(wo)國當時不銹(xiu)鋼(gang)(gang)總產(chan)量70%~75%。
隨著20世紀60年(nian)代AOD、VOD等(deng)爐外精(jing)煉(lian)技(ji)術的(de)出現,可將鋼中的(de)碳控制在0.03%以(yi)內(nei),從(cong)而發展了(le)超低(di)碳奧氏(shi)體(ti)不銹鋼,代表牌號(hao)為(wei)00Cr19Ni10(304L)。和304比(bi)較(jiao),此(ci)鋼的(de)碳含量(liang)(liang)進一步降低(di),同時為(wei)保(bao)證完(wan)全奧氏(shi)體(ti)組織,鋼中鉻(ge)、鎳(nie)含量(liang)(liang)略有提高(gao)。此(ci)鋼最大的(de)特(te)點(dian)是(shi)耐(nai)腐(fu)蝕性能好,特(te)別是(shi)耐(nai)晶間腐(fu)蝕性能顯著提高(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(gang)、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(shi)性能的同時,卻帶來鋼的固溶強度偏低的劣勢。
在(zai)(zai)(zai)對強度、耐(nai)蝕綜(zong)合(he)性(xing)(xing)(xing)能(neng)有(you)(you)高(gao)(gao)要(yao)求的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)場(chang)合(he),氮(dan)(dan)合(he)金(jin)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)逐漸(jian)引(yin)起了人們(men)(men)的(de)(de)(de)(de)重視。早在(zai)(zai)(zai)20世(shi)紀(ji)40年(nian)代(dai),由于(yu)當(dang)(dang)時不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)貴(gui)重元(yuan)素(su)鎳資源的(de)(de)(de)(de)奇缺(que),促(cu)使了人們(men)(men)對鉻鎳錳氮(dan)(dan)和(he)(he)鉻錳氮(dan)(dan)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)廣(guang)泛研(yan)究(jiu),使得(de)Cr-Mn-Ni-N不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)系列即美(mei)國200系奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)誕生。鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)主要(yao)是靠錳提(ti)(ti)高(gao)(gao)其(qi)(qi)溶(rong)解度,含(han)(han)量(liang)(liang)在(zai)(zai)(zai)0.10%~0.25%范圍內。但是受限于(yu)冶煉技(ji)術(shu),一(yi)(yi)方面碳含(han)(han)量(liang)(liang)仍然很難降低到(dao)0.06%以(yi)下,另一(yi)(yi)方面氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)加入(ru)和(he)(he)固溶(rong)缺(que)乏有(you)(you)效(xiao)手段,200系奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)在(zai)(zai)(zai)綜(zong)合(he)性(xing)(xing)(xing)能(neng)上并(bing)沒(mei)有(you)(you)300系優良(liang),因而(er)只在(zai)(zai)(zai)一(yi)(yi)些低端(duan)的(de)(de)(de)(de)場(chang)合(he)得(de)到(dao)了應用(yong)(yong),并(bing)且逐漸(jian)淡出了研(yan)究(jiu)者們(men)(men)的(de)(de)(de)(de)視線。到(dao)了20世(shi)紀(ji)70年(nian)代(dai),隨(sui)著AOD等(deng)爐(lu)外(wai)精煉技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)發展(zhan),特別是加壓冶金(jin)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)出現,更(geng)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)含(han)(han)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)得(de)以(yi)研(yan)制成(cheng)功(gong),氮(dan)(dan)在(zai)(zai)(zai)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)越來(lai)越高(gao)(gao),給奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)帶來(lai)了性(xing)(xing)(xing)能(neng)上的(de)(de)(de)(de)許多(duo)有(you)(you)益(yi)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)。具(ju)體(ti)(ti)表現在(zai)(zai)(zai):(1)氮(dan)(dan)是強效(xiao)的(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)形(xing)成(cheng)元(yuan)素(su),1千克的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)相當(dang)(dang)于(yu)6~22千克鎳的(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong),在(zai)(zai)(zai)鎳當(dang)(dang)量(liang)(liang)公式中(zhong),氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)系數為(wei)18~30,表明其(qi)(qi)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)形(xing)成(cheng)能(neng)力非常(chang)強。(2)氮(dan)(dan)在(zai)(zai)(zai)顯著提(ti)(ti)高(gao)(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)強度的(de)(de)(de)(de)同(tong)(tong)時,并(bing)不(bu)(bu)(bu)(bu)降低材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)塑韌(ren)性(xing)(xing)(xing),在(zai)(zai)(zai)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong),每加入(ru)0.10%的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan),其(qi)(qi)強度提(ti)(ti)高(gao)(gao)約(yue)60~100兆(zhao)帕,前(qian)提(ti)(ti)條(tiao)件是氮(dan)(dan)必須固溶(rong)存在(zai)(zai)(zai)。此(ci)外(wai),氮(dan)(dan)也能(neng)提(ti)(ti)高(gao)(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)抗蠕變、疲勞、磨損以(yi)及(ji)低溫性(xing)(xing)(xing)能(neng)。(3)氮(dan)(dan)有(you)(you)效(xiao)地促(cu)進(jin)了奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)耐(nai)點蝕、縫隙腐蝕的(de)(de)(de)(de)能(neng)力,其(qi)(qi)作用(yong)(yong)是鉻的(de)(de)(de)(de)16~30倍,鉬的(de)(de)(de)(de)5倍。同(tong)(tong)時,適量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)氮(dan)(dan)含(han)(han)量(liang)(liang)也有(you)(you)利(li)于(yu)提(ti)(ti)高(gao)(gao)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)耐(nai)晶間腐蝕的(de)(de)(de)(de)能(neng)力。因而(er)在(zai)(zai)(zai)20世(shi)紀(ji)末至21世(shi)紀(ji)初,掀起了高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)(de)熱潮(chao),研(yan)發了大量(liang)(liang)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)材(cai)料(liao),并(bing)廣(guang)泛應用(yong)(yong)于(yu)油(you)氣開采(cai)、礦(kuang)山機(ji)械、低溫超導等(deng)領域。
由(you)于(yu)大量的(de)(de)(de)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)均(jun)需要(yao)配合(he)加(jia)(jia)壓冶(ye)煉,很難滿足低(di)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)的(de)(de)(de)要(yao)求,從而在(zai)21世(shi)紀初氮(dan)(dan)合(he)金化(hua)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)研(yan)發(fa)演變成(cheng)(cheng)(cheng)兩(liang)個方(fang)向:(1)以追求高(gao)(gao)性(xing)能(neng)(neng)為(wei)主(zhu)要(yao)目(mu)的(de)(de)(de),或(huo)(huo)者(zhe)是高(gao)(gao)強高(gao)(gao)韌(ren)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),或(huo)(huo)者(zhe)是耐蝕(shi)(shi)性(xing)和(he)力(li)學性(xing)能(neng)(neng)兼顧的(de)(de)(de)超級奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。主(zhu)要(yao)利(li)用氮(dan)(dan)對(dui)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)力(li)學性(xing)能(neng)(neng)和(he)耐蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)貢獻,通(tong)過特殊的(de)(de)(de)冶(ye)煉工(gong)藝(yi)和(he)恰(qia)當的(de)(de)(de)合(he)金設計,將氮(dan)(dan)極大地(di)固溶于(yu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中,從而研(yan)制出力(li)學性(xing)能(neng)(neng)和(he)耐蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)均(jun)非常優異的(de)(de)(de)特殊用途不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。此方(fang)面工(gong)作(zuo)以德國、保加(jia)(jia)利(li)亞、瑞士(shi)和(he)日(ri)本(ben)為(wei)代(dai)表,材(cai)料主(zhu)要(yao)用于(yu)特殊領(ling)域,如(ru)(ru)超導、國防軍工(gong)等。日(ri)本(ben)國立材(cai)料研(yan)究院(NIMS)于(yu)2000年(nian)后開展的(de)(de)(de)面向海洋開發(fa)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)高(gao)(gao)鉬奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)系(xi)列研(yan)究工(gong)作(zuo),氮(dan)(dan)含量達(da)1%左(zuo)右。(2)以節(jie)約資源、降低(di)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)為(wei)主(zhu)要(yao)目(mu)的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)經(jing)濟型不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。此類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)利(li)用氮(dan)(dan)對(dui)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)組織的(de)(de)(de)影響,部(bu)分(fen)或(huo)(huo)全部(bu)替代(dai)貴(gui)重金屬鎳,使(shi)得鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)較低(di)的(de)(de)(de)原(yuan)料成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)下仍(reng)保持奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體組織,從而在(zai)性(xing)能(neng)(neng)上兼顧奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)特點和(he)氮(dan)(dan)對(dui)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)作(zuo)用,進一步擴大了(le)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)使(shi)用。如(ru)(ru)美國在(zai)20世(shi)紀60年(nian)代(dai)后逐步開發(fa)的(de)(de)(de)Nitronic合(he)金系(xi)列,奧(ao)(ao)(ao)地(di)利(li)伯(bo)樂(le)(Bohler)公(gong)(gong)司(si)生(sheng)產的(de)(de)(de)無(wu)磁鉆(zhan)鋌系(xi)列鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)等。針對(dui)中國市場對(dui)低(di)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)需求,美國開發(fa)了(le)204Cu不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),蒂森克(ke)虜伯(bo)(Thyssenkrupp)公(gong)(gong)司(si)開發(fa)了(le)Nirostal.4640不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),山特維(wei)克(ke)(Sandvik)公(gong)(gong)司(si)開發(fa)了(le)Loniflex 不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(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(de)鋼業,我(wo)們根據您的(de)實際需求,給出參(can)考建議(yi),為您提供高性(xing)價比的(de)不銹鋼管道及配件。