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時(shí)間:2018-12-14
20世紀初,冶金學(xué)家基于對鉻在鋼中作用的深入認識,發(fā)明了不銹鋼,結束了鋼必然生銹的時(shí)代。從不銹鋼的發(fā)明到工業(yè)應用大約經(jīng)歷了十年.1904-1906年法國人Guillet首先對Fe-Cr-Ni合金的冶金和力學(xué)性能進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng )性的基礎研究;1907-1911年,法國人Portevin和英國人Gissen發(fā)現了Fe-Cr和Fe-Cr-Ni合金的耐蝕性并完成了Guillet的研究工作;1908—1911年德國人Monnartz 揭示了鋼的耐蝕性原理并提出了鈍化的概念,如臨界鉻含量,碳的作用和鉬的影響等。隨后,在歐洲和美國,鋼的不銹性的實(shí)用價(jià)值被確認,工業(yè)不銹鋼牌號相繼問(wèn)世。1912~1914年,Brearley發(fā)明了含12-13%Cr的馬氏體不銹鋼并獲得專(zhuān)利;1911-1914年,美國人Dant-sizen發(fā)明了含14-16%Cr,0.07%~0.15%C的鐵素體不銹鋼;德國人Maurer和Strauss發(fā)明含1.0%C,15-20%Cr,<20%Ni的奧氏體不銹鋼,此后,在此基礎上發(fā)展了著(zhù)名的18-8型不銹鋼(0.1%C-18%Cr-8%Ni)。在實(shí)際應用中,高碳奧氏體不銹鋼出現了嚴重的晶間腐蝕問(wèn)題,在Bain提出了關(guān)于晶間腐蝕貧鉻理論之后,于30年代初期,在18-8型不銹鋼的基礎上發(fā)展了含鈦、鈮的穩定化型奧氏體不銹鋼,即AISl321和AISl347。在此時(shí)期還發(fā)明了鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼,并提出了超低碳(C≤0.03%)不銹鋼的概念,限于當時(shí)的冶金裝備和工藝水平未能在工業(yè)中應用。早在1934年美國人Folog獲得了沉淀硬化不銹鋼專(zhuān)利,40~50年代,馬氏體,半奧氏體沉淀硬化不銹鋼用于軍事和民用工業(yè)。這類(lèi)鋼以美國鋼公司(U.S.Steel)成功地生產(chǎn)Stainless W為起點(diǎn)。另外,為了節省鎳資源又開(kāi)發(fā)了以錳代鎳的Cr-Ni-Mn-N系不銹鋼,即美國的AISl200系鋼種。第二次世界大戰后,隨著(zhù)化肥工業(yè)和核燃料工業(yè)的發(fā)展,極大地刺激了不銹鋼的研究和開(kāi)發(fā),同時(shí)由于氧氣煉鋼的出現,1947年超低碳類(lèi)型不銹鋼開(kāi)始商品化。50年代中期,開(kāi)發(fā)了耐蝕性?xún)?yōu)良的高性能不銹鋼。60年代后期,馬氏體時(shí)效不銹鋼、TRIP(Transformation Induced Plasticity)不銹鋼、C+N≤150ppm的高純鐵素體不銹鋼相繼出現。近20年來(lái),由于各種局部腐蝕破壞事故的不斷出現,加以化學(xué)加工工業(yè)不斷采用新型催化劑和新工藝,在原有不銹鋼的基礎上,發(fā)展了耐應力腐蝕、耐點(diǎn)蝕、耐縫隙腐蝕、耐腐蝕疲勞等專(zhuān)用不銹鋼,如雙相不銹鋼、高鉬不銹鋼、高硅不銹鋼等。為適應深沖成型和冷墩成型的需要還開(kāi)發(fā)了易成型的專(zhuān)用不銹鋼品種。至今為止,已經(jīng)形成了完整的不銹鋼鋼種系列。自20世紀60年代末期以來(lái),生產(chǎn)各種不銹鋼的精煉設備和連鑄設備陸續投產(chǎn),在全世界范圍內,已完成了用鈦穩定化奧氏體不銹鋼向低碳、超低碳奧氏體不銹鋼過(guò)渡,將不銹鋼生產(chǎn)水平推向一個(gè)嶄新的歷史階段。
我國不銹鋼生產(chǎn)起步較晚,工業(yè)化生產(chǎn)開(kāi)始于1952年。用電弧爐大量生產(chǎn)不銹鋼系在1949年以后,早期先生產(chǎn)Cr13型馬氏體不銹鋼,掌握生產(chǎn)技術(shù)后,大量生產(chǎn)18-8型Cr-Ni奧氏體鋼,例如1Cr18Ni9Ti,則始于1952年。隨后,為適應國內化學(xué)工業(yè)發(fā)展的需要,又開(kāi)始生產(chǎn)含Mo2%-3%的1Cr18Ni12Mo2Ti和1Cr18Ni12Mo3Ti等。為了節約貴重元素鎳,自1959年起開(kāi)始仿制以Mn、N代Ni的1Cr17Mn6Ni5N和1Cr18Mn8Ni5N,1958年向AISI 204鋼中加入Mo2%-3%,研制了1Cr18Mn10Ni5Mo3N(204+Mo),用于全循環(huán)法尿素生產(chǎn)裝置以代替1Cr18Ni12Mo2Ti。50年代末到60年代初,開(kāi)始工業(yè)試制1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti和1Cr25Mo3Ti等無(wú)鎳鐵素體不銹鋼,并開(kāi)始研究耐發(fā)煙硝酸腐蝕的高硅不銹鋼1Cr17Ni14Si4ALTi(相當于蘇聯(lián)牌號ЭИ654),此鋼種實(shí)際上是一種α+γ雙相不銹鋼。60年代開(kāi)始,由于國內化工、航天、航空、原子能等工業(yè)發(fā)展的需要以及采用電爐氧氣煉鋼技術(shù),一大批新鋼種,如17-4PH,17-7PH,PH15-7Mo等沉淀硬化不銹鋼,含C≤0.03%的超低碳不銹鋼00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2、00Cr18Ni14Mo3以及無(wú)Ni的Cr-Mn-N不銹鋼1Cr18Mn14Mo2N(A4)相繼研制成功并投入了生產(chǎn)。70年代起,為解決化工、原子能工業(yè)中所出現的18-8型Cr-Ni鋼的氯化物應力腐蝕問(wèn)題,一些α+γCr-Ni雙相不銹鋼相繼研制完成并正式生產(chǎn)和應用,主要鋼號有1Cr21Ni5Ti、00Cr26Ni6Ti、00Cr26Ni7Mo2Ti、00Cr18Ni5Mo3Si2(3RE60)和00Cr18Ni6Mo3Si2Nb等。00Cr18Ni6Mo3Si2Nb是為了解決瑞典牌號3RE60焊后易出現單相鐵素體組織,導致耐蝕性和韌性下降而發(fā)展的含N、Nb的α+γ雙相不銹鋼。到80年代,為解決氯化物的點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕破壞又研制和仿制了含N的第二代α+γ雙相不銹鋼,如00Cr22Ni5Mo2N、00Cr25Ni6Mo3N和00Cr25Ni7Mo3WCuN等,不僅使我國的雙相不銹鋼形成了系列,而且還深入研究了它們的組織和性能以及N在雙相不銹鋼中的作用機制。70年代以來(lái),我國不銹鋼材料研究工作的其它重要進(jìn)展有:研制了高強度和超高強度的馬氏體時(shí)效不銹鋼并投入工業(yè)試制與應用;采用真空感應爐、真空電子束爐和真空自耗爐冶煉并批量生產(chǎn)了C+N≤150-250ppm的高純鐵素體不銹鋼00Cr18Mo2、00Cr26Mo1和00Cr30Mo2;含Mo量≥4.5%的高M(jìn)o和高M(jìn)o含N的Cr-Ni奧氏體不銹鋼,例如研制成功00Cr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr18Ni18Mo5(N)、00Cr25Ni25Mo5N等并在化工、石化和海洋開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域中獲得了應用;在解決濃硝酸腐蝕和固溶態(tài)晶間腐蝕方面,研制了00Cr25Ni20Nb和幾種超低碳高硅不銹鋼,80年代以來(lái),超低碳并對鋼中磷含量和α相量嚴加控制的尿素級不銹鋼00Cr18Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N兩種牌號研制完成,它們的板、管、棒材、鍛件以及焊接材料均在大中型尿素工業(yè)中得到了應用,取得了滿(mǎn)意的結果;由于一些特殊鋼廠(chǎng)陸續建成冶煉不銹鋼的爐外精煉設備,例如AOD(氬氧精煉爐)、VOD(真空氧精煉爐)等并已投產(chǎn),我國不銹鋼的冶煉技術(shù)上了一個(gè)新臺階。它不僅使低碳、超低碳不銹鋼的生產(chǎn)變得輕而易舉,而且使不銹鋼的內在質(zhì)量提高,成本降低。由于含Ti的18-8型Cr-Ni奧氏體鋼存在一系列缺點(diǎn),美、日等工業(yè)先進(jìn)國家早在60年代便已經(jīng)實(shí)現了由含Ti不銹鋼到普遍采用低碳、超低碳不銹鋼的過(guò)渡,而我國是在1985—1990年間才大力進(jìn)行低碳、超低碳不銹鋼的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)與應用,取得了一些可喜的進(jìn)展,例如1988年底我國低碳、超低碳18-8型不銹鋼產(chǎn)量已占我國不銹鋼產(chǎn)量的10%左右。但與不銹鋼生產(chǎn)、應用的先進(jìn)國家相比(例如日、美等國含Ti的18-8型Cr-Ni鋼僅占不銹鋼產(chǎn)量的1.5%左右),還存在著(zhù)很大的差距。80年代,我國還開(kāi)展了控氮(N 0.05%—0.10%)和氮合金化(N>0.10%)Cr-Ni奧氏體不銹鋼的研制工作。試驗表明,氮在Cr-Ni奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼中是一種無(wú)價(jià)且非常有益的合金元素。對氮的強化作用,降低鋼的晶間腐蝕敏感性,改善鋼的耐蝕性,特別是改善鋼的耐點(diǎn)蝕等方面的機理,正在進(jìn)行深入的研究工作。幾種控氮和氮合金化的Cr-Ni奧氏體不銹鋼已結合工程需要投入了批量生產(chǎn)和應用。
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