节镍型不锈钢的开发研究.doc

节镍型不锈钢的开发研究 我国合金元素镍的供给量逐年减少，在不锈钢生产中为满足奥氏体组织的高强度面心立方体钢的需要，在AOD转炉上使用氮作为代替不同合金进行不锈钢的合金化。氮不仅使用在奥氏体钢中，也应用在双相钢中，用氮和锰的复合合金代替昂贵的镍还具有提高氮溶解度的优点。 高强度不锈钢一般泛指强度高于通用奥氏体铬镍不锈钢，特别是强度高于双相不锈钢的材料，一般包括沉淀硬化不锈钢、马氏体时效不锈钢和铁素体时效不锈钢。沉淀硬化不锈钢的强度高，耐蚀性不低于304不锈钢，但韧性及冷成型性较差。马氏体时效不锈钢的冷热加工性、低温韧性以及强韧性配合均较好，但其耐蚀性较差；铁素体时效不锈钢具有较高的耐蚀性，但强度一般不超过1000MPa。 为了在节约镍的情况下，开发高强度的不锈钢，通常以锰和氮等元素部分或全部替代镍，因为锰和氮等元素可以部分或全部代替奥氏体不锈钢中镍，且是最经济方法，而碳有敏化钢的趋势，铜有热脆性的问题，都不是合适元素。锰是最有前景的元素，然而对于铬含量高于12%的不锈钢，只加锰不能稳定奥氏体，需要两倍的锰含量才能弥补每单位的镍含量，这是形成200系列不锈钢合金成份的基础。不锈钢中镍含量减少相当于锰含量增加，一般在大气情况下，生产这样高铬高锰钢，由于锰对氮的相互作用参数为负值，且作用的同时约需要0.2%的增氮量，这导致了含铬量12%-18%的不锈钢产生。 1节镍型不锈钢的特点 节镍型不锈钢主要是指200系列不锈钢。200系列和400系列也是节约型、缓解镍资源短缺的不锈钢。 为降低奥氏体不锈钢的成本，节镍型不锈钢的开发受到重视，如用N来部分替代镍，但N只有在固溶状态下才能发挥其奥氏体稳定作用。Cr和Mo元素可以增加钢液中N的固溶度，在得到较高含N量的同时，还可以加入一定数量的锰元素。 奥氏体不锈钢按成分可分为Cr-Ni系和Cr-Mn-N系两个系列。300系列(Cr-Ni系)不锈钢是最早开发的奥氏体不锈钢，其代表钢种为304和316，该系列钢中含有足够的Cr和Ni元素，通过较高Ni元素的加入来获得稳定的奥氏体组织，这类钢的特点是在室温和低温下都具有良好的塑性和韧性、高的弹性模数、低的热导率、磁导率和电导率及良好的可焊接性能和耐腐蚀能力。虽然这类钢的机械性能比较低，且和铁素体不锈钢一样不能通过热处理进行强化，但可以通过冷加工变形的方法，利用加工硬化作用提高它的强度，这种钢缺点是对晶问腐蚀及应力腐蚀比较敏感，需要通过添加适当的合金元素及工艺措施进行消除。这种钢为了获得特殊性能，可在钢液中添加其它元素，如Si元素含量一般在1.3％时，可显著提高钢的抗氧化能力。为了提高不锈钢的层错能，可在节约Ni元素的同时，可适当添加Cu元素；为防止晶界贫Cr和产生晶间腐蚀现象，在不锈钢中添加Ti、Nb等元素以稳定组织结构；为提高钢的抗点腐蚀能力，可在钢中添加一定量的Mo元素，这对促进固溶强化作用是十分有利的。200系列(Cr-Mn-N系)奥氏体不锈钢具有高Mn、N低Ni的特点，是为节约Ni资源而开发出来的，它的奥氏体化元素除Mn之外还有N，其中Ni含量低于300系列不锈钢，钢中Mn元素起稳定奥氏体的作用。由于N是强烈形成并稳定奥氏体的元素，且能起到很好的固溶强化作用，提高了奥氏体不锈钢的强度，因此这个系列的不锈钢，适宜在承受较重负荷而耐蚀性又要求不太高的设备和部件上使用。 节镍型Cr-Ni-N系奥氏体不锈钢因为其具有低镍、低成本的特点而受到广泛关注，但是由于其成份与传统的Cr-Ni系奥氏体不锈钢不同，因此该系列不锈钢在轧制过程中容易出现产品质量问题。这种产品质量的产生与凝固模式有关，奥氏体不锈钢的凝固模式主要由化学成分决定，同时受冷却速度的影响。 1.1 400系列节镍型不锈钢的特性 （1）从节Ni角度而言，400系列铁素体不锈钢具有耐大气腐蚀性能，且其加工性能和耐高温性能都非常优良，完全可以替代304的部分应用，应该说大量生产和使用铁素体型不锈钢是节约Ni合金、发展不锈钢的方向和出路。 （2）铁素体不锈钢含碳量一般较低在0.12%以下，含有Cr量一般为 12%-30%，较马氏体的铬含量高，其结构组织基本上是铁素体，它在加热到较高温度时只有一小部分转变为奥氏体，大部分仍为铁素体。含铬较高的钢在加热过程中一般不发生相变，钢中含铬量越高，则其塑性和耐蚀性就越高，但这种钢在退火或正火后的组织为铁素体及少量的碳化物组成，碳含量越高则其硬度和耐磨性就越高。当铁素体不锈钢中铬含量超过17%时，会在475℃时发生脆性、б相脆性及高温脆性现象。 （3）不锈钢中铬含量为12%-18%和碳含量为0.1-0.4%时，其正火后的组织基本上是马氏体不锈钢； 1.2 200系列节镍型不锈钢特点和性能 200系列节镍型不锈钢是以Mn、N代替部分Ni，部分钢种中还加入了少量的Cu以提