鐵素體不銹鋼(ferritic stainless steel,F(xiàn)SS)是指在使用狀態(tài)具有完全鐵素體或以鐵素體為主體的組織,鉻含量在10.5%~32%的鐵基合金。為了賦予此類合金一些特定的性能,常加入適量的鉬、鎳、銅、鈮、鈦、鋁等元素。與奧氏體不銹鋼相比,鐵素體不銹鋼具有屈服強度高、熱導率高、熱膨脹系數(shù)低、深拉成型性能好、耐應力腐蝕破裂性優(yōu)良、具有鐵磁性和成本低等特點。



 自1821年首次發(fā)現(xiàn)鉻對鋼的耐腐蝕性的有利作用,1912年首次進行工業(yè)化生產以來,鐵素體不銹鋼的發(fā)展主要經歷了四個階段。



(1)1911-1960年是高碳鐵素體不銹鋼的發(fā)展階段。在此階段主要集中于研究鉻對耐蝕性、碳對脆性和晶間腐蝕性能的影響。受冶煉裝備和生產工藝限制,發(fā)展的第一代鐵素體不銹鋼的碳含量較高,一般在0.12%左右,在高溫時會有奧氏體相出現(xiàn),冷卻到室溫時轉變?yōu)轳R氏體,嚴重降低材料的塑性、韌性和晶間腐蝕性能。第一代鐵素體不銹鋼的典型鋼種10Cr17(430)現(xiàn)在還在大量生產和應用。



(2)1960-1980年,是低碳鐵素體不銹鋼的發(fā)展階段。人們已經認識到間隙元素碳、氮是引起鐵素體不銹鋼塑韌性不良和抗晶間腐蝕性能不足的根源,加之18-8型奧氏體不銹鋼在含氯介質中的應力腐蝕破壞事故頻發(fā),低碳鐵素體不銹鋼得到了關注。隨著AOD和VOD等爐外精煉技術的確立,為將鐵素體不銹鋼中的碳降低到較低水平創(chuàng)造了基本條件。受脫碳所能達到的水平限制,第二代鐵素體不銹鋼碳含量一般在0.03%~0.08%范圍內,為降低碳、氮的有害作用,必須加入適量的鈦、鈮、鋁等穩(wěn)定化元素。得益于當時汽車工業(yè)尾氣排放系統(tǒng)的需求,第二代鐵素體不銹鋼的低鉻型鐵素體不銹鋼06Cr11Ti(409)得到了極大發(fā)展。



(3)1980-2000年,是超低碳穩(wěn)定化鐵素體不銹鋼的發(fā)展階段。隨著SS-VOD精煉裝備和三步法熔煉工藝的確立,鐵素體不銹鋼的碳、氮含量可以控制在一個極低的水平,中低鉻鐵素體不銹鋼中碳+氮含量可以達到不超過0.015%,高鉻鐵素體不銹鋼中碳+氮含量可以達到不超過0.025%,鋼中穩(wěn)定化元素含量降低,連鑄工藝性能、產品表面質量和焊接性能得到提高。在此基礎上發(fā)展的第三代鐵素體不銹鋼不再僅僅局限于解決韌脆轉變和晶間腐蝕問題,而是主要集中于高性能鐵素體不銹鋼上。為了解決水處理工業(yè)上應力腐蝕問題,發(fā)展了應力腐蝕性能優(yōu)異的019Cr19Mo2NbTi(444);為了解決耐海水點腐蝕和縫隙腐蝕問題發(fā)展了022Cr27Ni2Mo4NbTi(446)、022Cr29Mo4NbTi(447)。



(4)進入21世紀后,鐵素體不銹鋼的應用范圍進一步擴展,廣泛應用于廚房設備、家用電器、建筑內外裝飾、汽車運輸、熱交換器、貯水器等與人們生活密切相關的領域。各生產廠家通過合金化和控制加工工藝,針對不同的應用領域,分別發(fā)展了具有優(yōu)異成型性能、耐大氣腐蝕性能、高溫疲勞性能、冷鐓性能和高表面質量等具有不同特性的鐵素體不銹鋼新品種。我國的鐵素體不銹鋼在2006-2020年期間有一個飛躍式的發(fā)展,粗鋼年產量(含馬氏體不銹鋼)從2005年的86萬噸飛速提高到2020年的592.5萬噸;產品也從以前只能提供06Cr13A1、06Cr11Ti、10Cr17等比較單一的牌號,發(fā)展到可以提供包含低鉻、中鉻、中高鉻和高鉻等全系列的鐵素體不銹鋼牌號,產品性能和質量也得到大幅度提升。這主要得益于四個因素:


   a. 我國經濟持續(xù)高速發(fā)展、居民收入逐步增加,為鐵素體不銹鋼的增長奠定了市場基礎;


   b. 國際鎳價高漲,為鐵素體不銹鋼的發(fā)展帶來了價格基礎;


   c. 國內太鋼和寶鋼三步法不銹鋼生產線的先后建成投產,為鐵素體不銹鋼的生產打下了硬件基礎;


  d. “十一五”期間國家科技支撐計劃“低鎳鐵素體不銹鋼板帶材關鍵技術開發(fā)”課題的順利執(zhí)行,給鐵素體不銹鋼新品種、新工藝的開發(fā)提供了技術基礎。


  在此期間,太鋼針對國外車輛用3Cr12開發(fā)了強度高、耐蝕性好、焊接性能優(yōu)良的鐵素體不銹鋼T4003;針對304和316分別開發(fā)了耐應力腐蝕性能優(yōu)異的鐵素體不銹鋼019Cr18Mo1Ti、019Cr19Mo2NbTi;針對海水腐蝕環(huán)境中的超級奧氏體不銹鋼和鈦開發(fā)了耐點腐蝕和縫隙腐蝕優(yōu)異的超級鐵素體不銹鋼022Cr27Ni2Mo4NbTi。寶鋼針對304不銹鋼開發(fā)了鐵素體不銹鋼B443NT,針對沿海城市外裝飾環(huán)境開發(fā)出了耐大氣腐蝕性能和表面質量優(yōu)異的鐵素體不銹鋼B445R。鋼鐵研究總院開發(fā)了核電站用超純高鉻鐵素體不銹鋼008Cr27Mo。太鋼聯(lián)合鋼鐵研究總院進行了適宜熱帶連續(xù)退火的430Al的開發(fā)。鋼鐵研究總院、北京科技大學、太鋼、寶鋼、一汽和中信鈮聯(lián)合開發(fā)了汽車排氣系統(tǒng)消音器用鐵素體不銹鋼439M等。鋼鐵研究總院開發(fā)了等徑轉角擠壓(ECAP)0Cr13鐵素體不銹鋼材料。




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