無(wú)錫不銹鋼板的材料組織控制
時(shí)間：2019-06-13
作者：無(wú)錫不銹鋼板
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我國(guó)現(xiàn)已成為世界上產(chǎn)量最大的無(wú)錫不銹鋼生產(chǎn)國(guó)，但由大變強(qiáng)還應(yīng)該學(xué)習(xí)國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴(kuò)大品種方面進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。特別是無(wú)錫不銹鋼作為耐蝕性強(qiáng)的鋼種，其化學(xué)性質(zhì)本由合金成分來(lái)決定，但為充分發(fā)揮合金本來(lái)具有的特性，需以材料組織的最佳化為前提。同時(shí)，無(wú)錫不銹鋼還是機(jī)械性能優(yōu)良的材料，為和其它鋼鐵材料具有同樣的強(qiáng)度、加工性和韌性等必要的特性，亦需要最佳的材料組織控制。為此，根據(jù)日刊資料介紹點(diǎn)相關(guān)情況，以供參考。
1 按材料組織對(duì)無(wú)錫不銹鋼分類(lèi)
由于無(wú)錫不銹鋼的特性和其材料組織有密切的關(guān)系，故通常按組織分類(lèi)為各系。如日常用的大宗產(chǎn)品，有由SUS304所代表的奧氏體系無(wú)錫不銹鋼和以SUS430和高純鐵系體系組成的鐵素體不銹鋼，以及由SUS420J1所代表的淬火硬化能高的馬氏體系不銹鋼等，其它特殊品種還有雙相不銹鋼和析出強(qiáng)化系不銹鋼等。若從主要組成元素看，則奧氏體系不銹鋼、雙相不銹鋼和析出硬化系不銹鋼可分別稱(chēng)為Ni－Cr系或Ni系不銹鋼；而鐵素體系不銹鋼和馬氏體系不銹鋼則稱(chēng)為雙相不銹鋼Cr系不銹鋼。
2 不銹鋼的組織、材質(zhì)控制和新鋼種開(kāi)發(fā)
(1) 奧氏體系不銹鋼（SUS304、SUS301和SUS304JI）
SUS304具有耐蝕性、耐熱性和加工性俱優(yōu)的特性。由和它對(duì)應(yīng)的Fe－Cr－8%Ni合金的平衡狀態(tài)圖得知，其初晶為鐵素體，但18%Cr的SUS304的凝固狀態(tài)卻采取了稱(chēng)之為FA的模式，即先以鐵素體致易脆化，但鐵素體則由于對(duì)S的固溶度大致發(fā)揮了固S的作用，其結(jié)果可使奧氏體的結(jié)晶粒界得以清凈而強(qiáng)化。在無(wú)錫不銹鋼板的生產(chǎn)工序，一般多采取在連鑄時(shí)殘留部分鐵素體而在熱軋加熱時(shí)可固溶化為奧氏體單相的原則調(diào)整成分。
SUS309的鋼板在冷軋后實(shí)施固溶化熱處理以形成奧氏體單相組織下使用。但SUS304因含有0.05%的C，因此在由奧氏體單相溫度區(qū)緩冷時(shí)將有Cr23C6等含Cr碳化物在晶界析出，使晶界附近的組織中Cr不足而產(chǎn)生粒界腐蝕現(xiàn)象，亦即產(chǎn)生敏感化，從而在使用SUS304時(shí)應(yīng)注意參考敏感化曲線（TTS曲線）進(jìn)行加熱，以防止出現(xiàn)意外損壞。還可在必要時(shí)改用SUS304粒界腐蝕阻抗強(qiáng)化的鋼種，如減少C的SUS304L和增加Mo的SUS316等鋼種。
SUS304的機(jī)械性能亦優(yōu)，特別是延伸性和加工硬化指數(shù)n值大，致外延加工性?xún)?yōu)。SUS304和SUS301被稱(chēng)為冷穩(wěn)定奧氏體無(wú)錫不銹鋼板，加工時(shí)則產(chǎn)生奧氏體變態(tài)為馬氏體的加工誘發(fā)變態(tài)，通過(guò)電子顯微鏡觀察圖象得知，由于伴隨加工所施加的應(yīng)力助長(zhǎng)了馬氏體變態(tài)所需的剪斷變形，致使變態(tài)的驅(qū)動(dòng)力加大而形成加工誘發(fā)馬氏體變態(tài)的。由于它的形成致使縮頸等局部變形受到抑制而得到高延伸性的變態(tài)誘發(fā)塑性（TRIP）。
(2) 高純度鐵素體系不銹鋼（SUS430LX、SUS444等）
由于高純度精煉技術(shù)的進(jìn)步，典型的夾雜元素碳得以大幅下降，使耐蝕性、加工性和焊接性等均得以改善的高純度鐵素體系不銹鋼陸續(xù)開(kāi)發(fā)成功。
高純度鐵素體系不銹鋼的特點(diǎn)為：在低（C＋N）化的同時(shí)加入Ti或Nb以穩(wěn)定化，為穩(wěn)定腐蝕環(huán)境而加入合適的Cr，并同時(shí)加入必要的Mo或Cu以提高耐蝕性，簡(jiǎn)述如下：
提高耐蝕性
孔蝕電位及間隙腐蝕臨界電位和Cr、Mo含量的關(guān)系重大，高純度鐵素體系不銹鋼的耐蝕性基本上靠Cr、Mo含量來(lái)保證。但是，由于鐵素體系不銹鋼和奧氏體系不銹鋼相比，其固溶C、N的極限很小致使碳化物、氮化物易在結(jié)晶粒界析出而成為耐粒界腐蝕性降低的原因。從而高純度鐵素體系不銹鋼不僅要降低C、N含量，還需加入稱(chēng)為穩(wěn)定化元素的Ti、Nb以確保耐粒界腐蝕性。如21Cr－1Mo鋼將（C＋N）抑制在＜0.01%或在0.02%以下時(shí)加入0.2%以上的Nb均可保證良好的耐粒界腐蝕性。
（b）提高機(jī)械性能
高純度鐵素體系不銹鋼的主要合金成分為Cr加上適量的耐蝕性元素，由于此類(lèi)合金元素的固溶強(qiáng)化致使它的延伸性比軟鋼還低。從而為確保其延伸性提高，除將合金元素控制在確保耐蝕性的最低限外，對(duì)其它雜質(zhì)元素應(yīng)盡量降低以力求高純度化。經(jīng)對(duì)極低C、N－17Cr鋼延伸性有影響的Si、P、Ti的含量試驗(yàn)分析結(jié)果得知，當(dāng)（0.9Si＋8.6P＋2Ti）%由0.8%降低到0.2%時(shí)，延伸率則由34%提高到40%以上。由此可知，降低C、N含量有利于穩(wěn)定化元素Ti的降低，由此，便可對(duì)抑制延伸性下降作出貢獻(xiàn)。
（c）高加工性提高表面質(zhì)量
鐵素體系不銹鋼成型加工后易產(chǎn)生表面凹凸現(xiàn)象，不僅影響表面美觀，且加大了加工后表面研磨工序的工作負(fù)荷。一般鐵素體系不銹鋼高純度化后則表面凹凸亦加大，其原因?yàn)橛捎诟呒兌然拱迮鞯蔫T造組織粗大化，在熱軋過(guò)程中易成為表面缺陷形成原因的{100}＜011＞方向粒集中生成（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“群體”），從而在通過(guò)高純度提高加工性的同時(shí)必須開(kāi)發(fā)降低表面缺陷的生產(chǎn)技術(shù)。從這一觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)開(kāi)發(fā)成功的高加工性鐵素體系不銹鋼（極低C、N－17Cr－Ti－Mg）的材料設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)介如下。
3 小結(jié)
不銹鋼為耐蝕性和機(jī)械性能均優(yōu)的材料，為發(fā)揮其固有的優(yōu)勢(shì)需選用加入合金的種類(lèi)、數(shù)量以控制其材料組織。本文以代表性鋼種SUS304和SUS430LX等作為通用的奧氏體系和鐵素體系不銹鋼為例，對(duì)如何進(jìn)行組織控制作了簡(jiǎn)介。此外，并對(duì)最近利用材料組織控制技術(shù)開(kāi)發(fā)成功的極軟質(zhì)奧氏體系不銹鋼和高加工性鐵素體系不銹鋼的材料設(shè)計(jì)作了介紹，以供大家了解和參考。