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我国不锈钢的发展和现状
我国用电弧炉大量生产不锈钢系在1949年以后,早期先生产Cr13型马氏体不锈钢,掌握生产技术后,大量生产18-8型Cr-Ni奥氏体钢,例如1Cr18Ni9Ti,则始于1952年。随后,为适应国内化学工业发展的需要,又开始生产含Mo2%-3%的1Cr18Ni12Mo2Ti和1Cr18Ni12Mo3Ti等。为了节约贵重元素镍,自1959年起开始仿制以MnN代Ni的1Cr17Mn6Ni5N和1Cr18Mn8Ni5N1958年向AISI 204钢中加入Mo2%-3%,研制了1Cr18Mn10Ni5Mo3N(204+Mo)用于全循环法尿素生产装置以代替1Cr18Ni12Mo2Ti。50年代末到60年代初,开始工业试制1Cr17Ti,1Cr17Mo2Ti和1Cr25Mo3Ti等无镍铁素体不锈钢,并开始研究耐发烟硝酸腐蚀的高硅不锈钢1Cr17Ni14Si4ALTi(相当于苏联牌号ЭИ654),此钢种实际上是一种α+γ双相不锈钢。60年代开始,由于国内化工、航天、航空、原子能等工业发展的需要以及采用电炉氧气炼钢技术,一大批新钢种,如17-4PH,17-7PH,PH15-7Mo等沉淀硬化不锈钢,含C≤0.03%的超低碳不锈钢00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2、00Cr18Ni14Mo3以及无Ni的Cr-Mn-N不锈钢1Cr18Mn14Mo2N(A4)相继研制成功并投入了生产。70年代起,为解决化工、原子能工业中所出现的18-8型Cr-Ni钢的氯化物应力腐蚀问题,一些α+γCr-Ni双相不锈钢相继研制完成并正式生产和应用,主要钢号有1Cr21Ni5Ti,00Cr26Ni6Ti,00Cr26Ni7Mo2Ti,00Cr18Ni5Mo3Si2(3RE60)和00Cr18Ni6Mo3Si2Nb等。00Cr18Ni6Mo3Si2Nb是为了解决瑞典牌号3RE60焊后易出现单相铁素体组织,导致耐蚀性和韧性下降而发展的含N、Nb的α+γ双相不锈钢。到80年代,为解决氯化物的点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀破坏又研制和仿制了含N的第二代α+γ双相不锈钢,如00Cr22Ni5Mo2N00Cr25Ni6Mo3N和00Cr25Ni7Mo3WCuN等,不仅使我国的双相不锈钢形成了系列,而且还深入研究了它们的组织和性能以及N在双相不锈钢中的作用机制。
γˊ相不是奥氏体不锈钢中的常见相。但是当其在钢中细小而弥散地在晶内沉淀时,会显著提高钢的强度及硬度。很多奥氏体、半奥氏体及马氏体沉淀硬化不锈钢,就是利用γˊ相的这种沉淀强化效应来进一步获得高强度。钢中生成的γˊ相取决于采用的沉淀强化元素(铝、钛和铌等)的不同,常常为Ni3AlNi3TiNi3Nb及Ni3(AlTi)等。γˊ相具有面心立方结构,其点阵常数与奥氏体基体很相近,因而该相开始生成时总是与奥氏体基体保持固定位向的共格关系。奥氏体不锈钢中的γˊ相沉淀主要发生在500-900℃的温度区间内,超过1000℃的加热导致γˊ相溶解到奥氏体基体中。
4.2.3、奥氏体不锈钢的适用环境与基本用途
1Cr17Ni7是一种亚稳定奥氏体不锈钢,在固溶状态下具有完全的奥氏体组织。但是,经过冷变形加工,取决于变形量的大小,会有一部分乃至大部分奥氏体变成马氏体,从而钢的强度和硬度显著提高,同时该钢种在大气条件下也有较好的耐锈性。因而此钢主要以冷加工状态应用于承受较高负荷、又希望减轻设备重量和不生锈的设备或构件,比如铁道车辆的装饰板、传送带和紧固件等。
仅含铬的Cr17型铁素体不锈钢,如1Cr171Cr17Ti,0Cr17Ti00Cr17Ti当在含有Cl-的水介质中使用时,常常由于耐腐蚀和孔蚀性能不好而受到限制。含钼的Cr18Mo2型不锈钢不仅可弥补无钼Cr17型钢的此种不足,而且其耐醋酸等有机酸腐蚀的性能也会显著提高。因此,Cr18Mo2 型钢即可用于耐弱介质孔蚀的换热设备,也可用于耐醋酸等用途中。由于碳、氮含量较前述1Cr17Mo2Ti为低,因此,00Cr18Mo2和高纯Cr18Mo2具有远较1Cr17Mo2Ti为佳的塑、韧性和可焊性。
含C+N≤150ppm的高纯Cr26Mo1 铁素体不锈钢是高纯铁素体不锈钢中发展早的一种。它的性能特点是脆性转变温度低;耐氯化物和含氧化剂(NaClO3)和NaOH的应力腐蚀性能好,主要用作耐酸、碱设备以及各种水冷换热设备和隔膜法固碱降膜蒸发器等。
1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni9Ti,00Cr18Ni10 三种牌号钢的相对耐蚀性为:
1Cr18Ni9<0Cr18Ni9Ti<00Cr18Ni10
但是,它们之间的强度其趋向则完全相反。
由于00Cr18Ni10在耐蚀性和纯净度,易抛光性等方面的显著优点, 除要求具有较高强度时选用1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9Ti外,均应选用00Cr18Ni10超低碳不锈钢。
这三种钢均适宜制造耐酸容器、管道、换热器和耐酸设备及其衬里。但是,在有氯化物而易产生应力腐蚀、孔蚀和缝隙腐蚀的条件下,不应选用这些钢种。
0Cr18Ni11Nb钢系Cr-Ni奥氏体不锈钢。由于含稳定化元素Nb,故耐晶间腐蚀和耐连多硫酸晶间应力腐蚀性能良好,在酸、碱、盐等腐蚀介质中其耐蚀性与含Ti的18-8奥氏体不锈钢相近。此钢广泛应用于石油化工、合成纤维、食品、造纸等工业。由于Nb较Ti不易烧损,故此钢种多用作焊接铬镍奥氏体不锈钢的焊芯,由于此钢高温强度较高,故还作为热强钢使用。
与前述18-8型简单Cr-Ni奥氏体不锈钢相比。Mo的合金化使这三种钢耐稀硫酸、磷酸、各种有机酸(如醋酸、甲酸等)、尿素以及耐氯化物孔蚀的性能有明显提高,这三种钢中,随碳量降低,耐蚀性增强,但强度有所下降;不含钛的超低碳不锈钢00Cr17Ni14Mo2,既无晶间腐蚀倾向,焊后也不会产生刀状腐蚀。