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,奧氏體不銹鋼(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)(wo)(wo)國從1952年(nian)開(kai)始采用蘇聯標準生產(chan)321不(bu)銹鋼,其成為我(wo)(wo)(wo)國最早研制的(de)不(bu)銹鋼品種(zhong)之(zhi)一。由于受到(dao)冶金裝備(bei)的(de)制約和(he)蘇聯材料體系的(de)影響,直至20世(shi)紀90年(nian)代,1Cr18Ni9Ti不(bu)銹鋼在我(wo)(wo)(wo)國都長期(qi)占據統(tong)治地位(wei),約占我(wo)(wo)(wo)國當(dang)時不(bu)銹鋼總產(chan)量(liang)70%~75%。
隨(sui)著(zhu)20世(shi)紀60年代AOD、VOD等(deng)爐外精煉(lian)技(ji)術的(de)(de)出現,可將(jiang)鋼中的(de)(de)碳控制(zhi)在(zai)0.03%以內(nei),從而發展了(le)超低(di)碳奧氏(shi)體不銹鋼,代表牌號為(wei)00Cr19Ni10(304L)。和304比較,此鋼的(de)(de)碳含量(liang)(liang)進一步(bu)降低(di),同(tong)時(shi)為(wei)保證完(wan)全奧氏(shi)體組織,鋼中鉻(ge)、鎳含量(liang)(liang)略有(you)提高。此鋼最大(da)的(de)(de)特(te)點(dian)是(shi)耐腐蝕性(xing)能好,特(te)別(bie)是(shi)耐晶間(jian)腐蝕性(xing)能顯著(zhu)提高。
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、316L不銹鋼等低碳、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(shi)性能的同時,卻帶來鋼的固溶強度偏低的劣勢。
在(zai)(zai)對(dui)(dui)強(qiang)度(du)、耐蝕綜合性(xing)能(neng)有(you)(you)(you)高(gao)(gao)(gao)要(yao)(yao)求(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)場合,氮(dan)合金化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)逐(zhu)漸(jian)引起(qi)(qi)了(le)(le)人們的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)視。早在(zai)(zai)20世(shi)紀40年代(dai),由于(yu)當時不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)貴重(zhong)元素鎳(nie)(nie)資源的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)奇缺,促使(shi)了(le)(le)人們對(dui)(dui)鉻鎳(nie)(nie)錳(meng)氮(dan)和(he)(he)鉻錳(meng)氮(dan)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)廣(guang)泛研(yan)究,使(shi)得(de)Cr-Mn-Ni-N不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)系(xi)列(lie)即美國200系(xi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)誕生。鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)(shi)靠錳(meng)提高(gao)(gao)(gao)其(qi)(qi)溶解度(du),含量(liang)在(zai)(zai)0.10%~0.25%范圍內。但是(shi)(shi)受(shou)限(xian)于(yu)冶煉技術,一方面碳含量(liang)仍然很(hen)難(nan)降低(di)(di)到(dao)0.06%以下,另(ling)一方面氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)入(ru)和(he)(he)固(gu)溶缺乏有(you)(you)(you)效(xiao)手段,200系(xi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)綜合性(xing)能(neng)上并(bing)(bing)沒有(you)(you)(you)300系(xi)優良,因(yin)而只在(zai)(zai)一些(xie)低(di)(di)端的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)場合得(de)到(dao)了(le)(le)應(ying)用(yong)(yong),并(bing)(bing)且逐(zhu)漸(jian)淡出(chu)(chu)了(le)(le)研(yan)究者們的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)視線(xian)。到(dao)了(le)(le)20世(shi)紀70年代(dai),隨著(zhu)AOD等爐外精(jing)煉技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan),特別是(shi)(shi)加(jia)壓冶金技術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)出(chu)(chu)現(xian),更(geng)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)含量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)得(de)以研(yan)制成(cheng)功,氮(dan)在(zai)(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)含量(liang)越來(lai)越高(gao)(gao)(gao),給奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)帶來(lai)了(le)(le)性(xing)能(neng)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)許(xu)多有(you)(you)(you)益的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化。具體(ti)(ti)表現(xian)在(zai)(zai):(1)氮(dan)是(shi)(shi)強(qiang)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)形(xing)成(cheng)元素,1千(qian)(qian)克的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)相當于(yu)6~22千(qian)(qian)克鎳(nie)(nie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong),在(zai)(zai)鎳(nie)(nie)當量(liang)公(gong)式中(zhong),氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)系(xi)數為(wei)18~30,表明其(qi)(qi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)形(xing)成(cheng)能(neng)力(li)非常強(qiang)。(2)氮(dan)在(zai)(zai)顯著(zhu)提高(gao)(gao)(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)同時,并(bing)(bing)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)降低(di)(di)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑韌性(xing),在(zai)(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong),每加(jia)入(ru)0.10%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan),其(qi)(qi)強(qiang)度(du)提高(gao)(gao)(gao)約60~100兆帕(pa),前提條件是(shi)(shi)氮(dan)必須固(gu)溶存在(zai)(zai)。此外,氮(dan)也(ye)能(neng)提高(gao)(gao)(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗蠕變、疲勞(lao)、磨(mo)損以及低(di)(di)溫性(xing)能(neng)。(3)氮(dan)有(you)(you)(you)效(xiao)地(di)促進了(le)(le)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)耐點(dian)蝕、縫(feng)隙腐蝕的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li),其(qi)(qi)作用(yong)(yong)是(shi)(shi)鉻的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)16~30倍,鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)5倍。同時,適(shi)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)氮(dan)含量(liang)也(ye)有(you)(you)(you)利于(yu)提高(gao)(gao)(gao)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐晶間腐蝕的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)。因(yin)而在(zai)(zai)20世(shi)紀末至21世(shi)紀初(chu),掀起(qi)(qi)了(le)(le)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)研(yan)究的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱潮(chao),研(yan)發(fa)了(le)(le)大量(liang)高(gao)(gao)(gao)氮(dan)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)材(cai)料(liao),并(bing)(bing)廣(guang)泛應(ying)用(yong)(yong)于(yu)油氣開采、礦山機械、低(di)(di)溫超導等領域。
由于(yu)大量的(de)(de)(de)(de)高氮不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)均需(xu)(xu)要(yao)(yao)配合(he)(he)加(jia)壓冶煉,很(hen)難滿足(zu)低(di)成(cheng)本的(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)求,從(cong)而在(zai)(zai)(zai)21世(shi)紀初氮合(he)(he)金(jin)化(hua)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)研發(fa)(fa)演(yan)變成(cheng)兩個方(fang)向:(1)以追求高性(xing)能為(wei)(wei)主要(yao)(yao)目的(de)(de)(de)(de),或(huo)者是(shi)高強(qiang)高韌的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),或(huo)者是(shi)耐蝕(shi)性(xing)和(he)(he)力(li)(li)學(xue)(xue)性(xing)能兼顧的(de)(de)(de)(de)超級奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。主要(yao)(yao)利(li)用(yong)氮對(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)力(li)(li)學(xue)(xue)性(xing)能和(he)(he)耐蝕(shi)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)貢獻,通過特(te)殊的(de)(de)(de)(de)冶煉工(gong)藝和(he)(he)恰當(dang)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)金(jin)設計,將氮極大地(di)固溶于(yu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中,從(cong)而研制出力(li)(li)學(xue)(xue)性(xing)能和(he)(he)耐蝕(shi)性(xing)能均非常優異的(de)(de)(de)(de)特(te)殊用(yong)途不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。此(ci)方(fang)面(mian)工(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)以德國(guo)(guo)、保加(jia)利(li)亞(ya)、瑞士(shi)和(he)(he)日(ri)本為(wei)(wei)代(dai)(dai)表,材料主要(yao)(yao)用(yong)于(yu)特(te)殊領域,如超導、國(guo)(guo)防軍(jun)工(gong)等。日(ri)本國(guo)(guo)立材料研究院(NIMS)于(yu)2000年(nian)后開展(zhan)的(de)(de)(de)(de)面(mian)向海洋開發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)高氮高鉬奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)系列研究工(gong)作(zuo)(zuo)(zuo),氮含量達1%左右。(2)以節約資源、降(jiang)低(di)成(cheng)本為(wei)(wei)主要(yao)(yao)目的(de)(de)(de)(de)的(de)(de)(de)(de)經濟型(xing)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)。此(ci)類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)利(li)用(yong)氮對(dui)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)組織的(de)(de)(de)(de)影響(xiang),部分或(huo)全部替代(dai)(dai)貴重金(jin)屬鎳,使得鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)在(zai)(zai)(zai)較低(di)的(de)(de)(de)(de)原料成(cheng)本下仍保持奧(ao)氏體(ti)組織,從(cong)而在(zai)(zai)(zai)性(xing)能上兼顧奧(ao)氏體(ti)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)特(te)點和(he)(he)氮對(dui)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong),進一步(bu)(bu)擴大了不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)使用(yong)。如美(mei)國(guo)(guo)在(zai)(zai)(zai)20世(shi)紀60年(nian)代(dai)(dai)后逐步(bu)(bu)開發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)Nitronic合(he)(he)金(jin)系列,奧(ao)地(di)利(li)伯樂(Bohler)公司生產的(de)(de)(de)(de)無(wu)磁鉆鋌系列鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)等。針對(dui)中國(guo)(guo)市(shi)場(chang)對(dui)低(di)成(cheng)本不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)需(xu)(xu)求,美(mei)國(guo)(guo)開發(fa)(fa)了204Cu不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),蒂森克(ke)虜伯(Thyssenkrupp)公司開發(fa)(fa)了Nirostal.4640不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),山特(te)維克(ke)(Sandvik)公司開發(fa)(fa)了Loniflex 不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(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(xiu)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(men)根(gen)據(ju)您(nin)的(de)實際需求,給出(chu)參考建(jian)議(yi),為您(nin)提供(gong)高性價比的(de)不銹鋼管道(dao)及配件。

