鐵素體不銹鋼定義

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定義：在室溫和高溫均具有完全鐵素體結(jié)構(gòu)（α-體心立方）或以鐵素體為主體的結(jié)構(gòu)的一系列鐵基合金，Cr含量不小于10.5%。

 

 

美國C.Dantsizen在1911～1914年間開發(fā)了14～16%Cr，0.07-0.15%C的鐵素體不銹鋼，為Cr17型（430）的原型鋼。

 

此類鋼在加熱與冷卻過程中沒有“相變”，是一類不能用熱處理方法提高強(qiáng)度和硬度的不銹鋼。

 

鐵素體不銹鋼的分類

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根據(jù)鉻含量可分為低鉻，中鉻和高鉻三類。

低 鉻 型 : 鉻10.5%～16%，代表牌號(hào)如0Cr11Ti（409）、00Cr13（405）。

中鉻型: 鉻16%-25%，代表牌號(hào)如1Cr17(430)、00Cr21Ti (443)、00Cr22MoTi（445）。

高鉻型：鉻大于25%，代表牌號(hào)如00Cr27Mo4Ni2NbTi（446）、00Cr29Mo4Ni2NbTi（447）。

 

根據(jù)鋼的潔凈度，特別是碳、氮雜質(zhì)含量，可分為普通鐵素體不銹鋼（C+N≥350ppm）和超純鐵素體不銹鋼（又叫現(xiàn)代鐵素體不銹鋼）。

普通鐵素體不銹鋼有低溫和室溫脆性，缺口敏感性及較高的晶間腐蝕傾向，焊接性較差等缺點(diǎn)。

點(diǎn)蝕當(dāng)量指數(shù)PREN(Cr%+3.3Mo%)≥35、C+N≤300ppm的高性能鐵素體不銹鋼稱為超級(jí)鐵素體不銹鋼。

 

 鐵素體不銹鋼的發(fā)展

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鐵素體不銹鋼是不銹鋼家族中的重要成員，產(chǎn)量?jī)H次于奧氏不銹鋼，處于第二位。

 

第一階段，從發(fā)明不銹鋼到20世紀(jì)60年代。這階段的鐵素體不銹鋼的研究，主要集中在牌號(hào)的開發(fā)， 20世紀(jì)50年代，基本形成了該類鋼系列，即“400系”。Cr含量15%-26%。

 

第二階段，伴隨AOD/VOD爐外精煉技術(shù)的成熟，鐵素體不銹鋼飛速發(fā)展。此階段的主要研究工作圍繞在采用真空冶金和爐外精煉技術(shù)降低鐵素體不銹鋼中的碳、氮含量以及C+N總量上，同時(shí)進(jìn)一步利用鈮、鈦元素穩(wěn)定碳、氮含量并優(yōu)化性能。開發(fā)出了一系列超低碳、氮（C+N≤300ppm）的鐵素體不銹鋼。特別是在2000年前后，受鎳價(jià)飆升的影響，高性能鐵素體不銹鋼得以快速發(fā)展和應(yīng)用，并逐步形成了超級(jí)鐵素體不銹鋼系列。

 

 鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)

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C含量：≤0.15%（現(xiàn)代鐵素體不銹鋼均為低C、N和超低C、N型）；

Cr含量：10.5~30%，含Cr范圍是五大類不銹鋼中最寬的；

Mo含量：  0~4% ；

Ti、Nb含量：現(xiàn)代鐵素體不銹鋼多為加Ti或Nb單穩(wěn)定化和Ti+Nb雙穩(wěn)定化 ；

Ni含量：   超級(jí)鐵素體不銹鋼均含有1～4％的Ni。 

 

代表性牌號(hào) 0Cr11Ti(409)和0～1Cr17(430) 這兩個(gè)牌號(hào)的產(chǎn)量約占鐵素體不銹鋼總產(chǎn)量的80%~90%。

 

 鐵素體不銹鋼的耐腐蝕性能

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耐全面腐蝕性廣泛，低鉻牌號(hào)具有不銹性，而中、高鉻牌號(hào)則在各種酸、堿、鹽等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中具有良好的耐蝕性；

 

耐點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕等局部腐蝕的性能優(yōu)良；

--隨鋼中的Cr、Mo量的增加，耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕的性能提高，可以根據(jù)鋼中PRE值即Cr%+3.3×Mo%數(shù)值的高低來判斷鋼的耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕性能的優(yōu)劣；

-- 耐應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)異(免疫)  ，在氯化物介質(zhì)中優(yōu)于鉻鎳奧氏體不銹鋼；在含氧化劑的堿介質(zhì)（如NaOH）中，還優(yōu)于純鎳；至今尚未發(fā)現(xiàn)鐵素體不銹鋼發(fā)生氯化物應(yīng)力腐蝕的實(shí)例。

 

對(duì)晶間腐蝕敏感 ，焊后熱影響區(qū)易產(chǎn)生晶間腐蝕，僅降低鋼中碳量≦0.03％也不能防止。若用于焊接用途必須選用含Ti、 Nb和Ti+Nb的牌號(hào)或焊后進(jìn)行熱處理。

 

 鐵素體不銹鋼的力學(xué)性能

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高強(qiáng)度，低塑韌性。強(qiáng)度是普通奧氏體不銹鋼的2倍；

 

有脆性轉(zhuǎn)變溫度，這種現(xiàn)象與普碳鋼和低合金鋼完全一樣。鐵素體不銹鋼的脆轉(zhuǎn)溫度受以下因素影響：

1）鋼中C、N、O等雜質(zhì)含量；

2）鋼中含Cr量；

3）鋼的截面尺寸；

4）熱處理及焊后冷卻速度。

實(shí)踐表明：只要選用薄截面尺寸的鐵素體不銹鋼，就會(huì)在室溫和較低溫度下獲得較滿意的韌性。

 

有三個(gè)脆性區(qū)：

475℃（α'析出）脆性區(qū)；

600~800℃中溫脆性區(qū)（ σ相析出）；  

 ≥900℃高溫脆性區(qū)（晶粒粗大，C、N化合物析出）；

不能在脆性區(qū)溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用（一旦出現(xiàn)脆性可在高于上述溫度保溫后快冷便可消除）。

 

 鐵素體不銹鋼的冷成形性能

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鐵素體不銹鋼具有優(yōu)良的冷成形性，深沖性能優(yōu)于Cr-Ni奧氏體不銹鋼，延遲斷裂敏感性低于Cr-Ni奧氏體不銹鋼；

 

大量用于深沖等苛刻冷成形用途的Cr17型（如0Cr17-430）等不銹鋼，采取成份最佳化（降低鋼中C、N量和加入Ti、Nb）與工藝最優(yōu)化（減少柱狀晶，控制冷、熱加工和熱處理工藝）相結(jié)合，還可有效地提高鋼的抗皺性。

 

 

 鐵素體不銹鋼的焊接性能

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傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼（電爐單煉，常規(guī)C、N含量等）因焊后脆性和晶間腐蝕敏感性，一般不用于焊接用途，若需焊接，則需焊后熱處理。

 

較薄截面尺寸的現(xiàn)代鐵素體不銹鋼（爐外精煉并加工生產(chǎn)的含Ti、Nb的低C、N和超低C、N的高純化牌號(hào)），采用適宜的焊接工藝可以獲得滿意的焊后性能。

 

易出現(xiàn)的問題：

-- 焊縫容易出現(xiàn)柱狀晶(Nb穩(wěn)定化），熱影響區(qū)組織容易長(zhǎng)大（Ti穩(wěn)定化），導(dǎo)致其塑韌性降低

-- 若穩(wěn)定化不夠，焊后容易出現(xiàn)晶間腐蝕傾向

-- 焊接保護(hù)不好，容易出現(xiàn)氧化色，導(dǎo)致其耐蝕性下降

 

 

 鐵素體不銹鋼的物理性能

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有磁性，為導(dǎo)磁不銹鋼；

線膨脹系數(shù)較低，僅為奧氏體不銹鋼的1/3左右（適用于有熱脹冷縮的條件下）；

熱導(dǎo)率高，約為奧氏體不銹鋼的1.3～1.5倍（適用于需熱交換的一些用途）。

 

 鐵素體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

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優(yōu)點(diǎn)：

不含鎳或個(gè)別鋼號(hào)含少量鎳--節(jié)約鎳、成本低

屈服強(qiáng)度高，加工硬化率低，易于冷加工

導(dǎo)熱系數(shù)高，適用于熱交換的用途

導(dǎo)磁性能高

熱膨脹系數(shù)小

對(duì)應(yīng)力腐蝕不敏感

 

缺點(diǎn)

475度脆性

中溫脆性

高溫脆性

韌脆轉(zhuǎn)變溫度

晶間腐蝕傾向

 

 大力發(fā)展鐵素體不銹鋼

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國家支持：“十一五”科技支撐計(jì)劃“低鎳鐵素體不銹鋼板帶材關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)”

 

研制周期：2007-2011

承擔(dān)單位：鋼研總院、太鋼、寶鋼、東大

主要研究?jī)?nèi)容：

適宜連續(xù)退火的430Al開發(fā)

消音器用燃油經(jīng)濟(jì)型439M開發(fā)

B443NT材料開發(fā)

高耐蝕性、高成形性444開發(fā)

445材料開發(fā)

 

行業(yè)呼吁：不銹鋼協(xié)會(huì) 

 

龍頭企業(yè)積極行動(dòng)：太鋼、寶鋼

 

鐵素體不銹鋼的研發(fā)進(jìn)展

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（1）高成形性

 

 

使用要求：成形性好、耐腐蝕、表面美觀性好

產(chǎn)品應(yīng)用：廚房設(shè)備、餐廚用具、家用電器等

 

（2）低成本高性能

 

使用要求：成形性、耐蝕性、可焊性、冷脆性

產(chǎn)品應(yīng)用：熱水器貯槽、太陽能集流器、熱交換 器，內(nèi)地和沿海大氣環(huán)境下建筑內(nèi)、外欄桿及奧氏體不銹鋼容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破裂裝置。

 

（3）高性能

 

 

使用要求: 在苛刻的腐蝕環(huán)境下具有較高的耐蝕性能

產(chǎn)品應(yīng)用：沿海地區(qū)建筑裝飾（屋頂及屋檐接水槽)，石油化工制堿、煙氣除硫設(shè)備、電站冷凝器，部分替代超級(jí)奧氏體不銹鋼或鎳基合金

 

（4）汽車尾氣排放系統(tǒng)

 

使用要求：成型性好、高溫強(qiáng)度、高溫抗氧化性、低溫韌性、高耐蝕性等。

產(chǎn)品應(yīng)用：主要是汽車排氣系統(tǒng)（歧管和消音器等）