鐵素體不銹鋼定義

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定義：在室溫和高溫均具有完全鐵素體結構（α-體心立方）或以鐵素體為主體的結構的一系列鐵基合金，Cr含量不小于10.5%。

 

 

美國C.Dantsizen在1911～1914年間開發了14～16%Cr，0.07-0.15%C的鐵素體不銹鋼，為Cr17型（430）的原型鋼。

 

此類鋼在加熱與冷卻過程中沒有“相變”，是一類不能用熱處理方法提高強度和硬度的不銹鋼。

 

鐵素體不銹鋼的分類

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根據鉻含量可分為低鉻，中鉻和高鉻三類。

低 鉻 型 : 鉻10.5%～16%，代表牌號如0Cr11Ti（409）、00Cr13（405）。

中鉻型: 鉻16%-25%，代表牌號如1Cr17(430)、00Cr21Ti (443)、00Cr22MoTi（445）。

高鉻型：鉻大于25%，代表牌號如00Cr27Mo4Ni2NbTi（446）、00Cr29Mo4Ni2NbTi（447）。

 

根據鋼的潔凈度，特別是碳、氮雜質含量，可分為普通鐵素體不銹鋼（C+N≥350ppm）和超純鐵素體不銹鋼（又叫現代鐵素體不銹鋼）。

普通鐵素體不銹鋼有低溫和室溫脆性，缺口敏感性及較高的晶間腐蝕傾向，焊接性較差等缺點。

點蝕當量指數PREN(Cr%+3.3Mo%)≥35、C+N≤300ppm的高性能鐵素體不銹鋼稱為超級鐵素體不銹鋼。

 

 鐵素體不銹鋼的發展

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鐵素體不銹鋼是不銹鋼家族中的重要成員，產量僅次于奧氏不銹鋼，處于第二位。

 

第一階段，從發明不銹鋼到20世紀60年代。這階段的鐵素體不銹鋼的研究，主要集中在牌號的開發， 20世紀50年代，基本形成了該類鋼系列，即“400系”。Cr含量15%-26%。

 

第二階段，伴隨AOD/VOD爐外精煉技術的成熟，鐵素體不銹鋼飛速發展。此階段的主要研究工作圍繞在采用真空冶金和爐外精煉技術降低鐵素體不銹鋼中的碳、氮含量以及C+N總量上，同時進一步利用鈮、鈦元素穩定碳、氮含量并優化性能。開發出了一系列超低碳、氮（C+N≤300ppm）的鐵素體不銹鋼。特別是在2000年前后，受鎳價飆升的影響，高性能鐵素體不銹鋼得以快速發展和應用，并逐步形成了超級鐵素體不銹鋼系列。

 

 鐵素體不銹鋼的化學成分特點

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C含量：≤0.15%（現代鐵素體不銹鋼均為低C、N和超低C、N型）；

Cr含量：10.5~30%，含Cr范圍是五大類不銹鋼中最寬的；

Mo含量：  0~4% ；

Ti、Nb含量：現代鐵素體不銹鋼多為加Ti或Nb單穩定化和Ti+Nb雙穩定化 ；

Ni含量：   超級鐵素體不銹鋼均含有1～4％的Ni。 

 

代表性牌號 0Cr11Ti(409)和0～1Cr17(430) 這兩個牌號的產量約占鐵素體不銹鋼總產量的80%~90%。

 

 鐵素體不銹鋼的耐腐蝕性能

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耐全面腐蝕性廣泛，低鉻牌號具有不銹性，而中、高鉻牌號則在各種酸、堿、鹽等強腐蝕介質中具有良好的耐蝕性；

 

耐點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕等局部腐蝕的性能優良；

--隨鋼中的Cr、Mo量的增加，耐點蝕、耐縫隙腐蝕的性能提高，可以根據鋼中PRE值即Cr%+3.3×Mo%數值的高低來判斷鋼的耐點蝕、耐縫隙腐蝕性能的優劣；

-- 耐應力腐蝕性能優異(免疫)  ，在氯化物介質中優于鉻鎳奧氏體不銹鋼；在含氧化劑的堿介質（如NaOH）中，還優于純鎳；至今尚未發現鐵素體不銹鋼發生氯化物應力腐蝕的實例。

 

對晶間腐蝕敏感 ，焊后熱影響區易產生晶間腐蝕，僅降低鋼中碳量≦0.03％也不能防止。若用于焊接用途必須選用含Ti、 Nb和Ti+Nb的牌號或焊后進行熱處理。

 

 鐵素體不銹鋼的力學性能

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高強度，低塑韌性。強度是普通奧氏體不銹鋼的2倍；

 

有脆性轉變溫度，這種現象與普碳鋼和低合金鋼完全一樣。鐵素體不銹鋼的脆轉溫度受以下因素影響：

1）鋼中C、N、O等雜質含量；

2）鋼中含Cr量；

3）鋼的截面尺寸；

4）熱處理及焊后冷卻速度。

實踐表明：只要選用薄截面尺寸的鐵素體不銹鋼，就會在室溫和較低溫度下獲得較滿意的韌性。

 

有三個脆性區：

475℃（α'析出）脆性區；

600~800℃中溫脆性區（ σ相析出）；  

 ≥900℃高溫脆性區（晶粒粗大，C、N化合物析出）；

不能在脆性區溫度范圍內長期使用（一旦出現脆性可在高于上述溫度保溫后快冷便可消除）。

 

 鐵素體不銹鋼的冷成形性能

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鐵素體不銹鋼具有優良的冷成形性，深沖性能優于Cr-Ni奧氏體不銹鋼，延遲斷裂敏感性低于Cr-Ni奧氏體不銹鋼；

 

大量用于深沖等苛刻冷成形用途的Cr17型（如0Cr17-430）等不銹鋼，采取成份最佳化（降低鋼中C、N量和加入Ti、Nb）與工藝最優化（減少柱狀晶，控制冷、熱加工和熱處理工藝）相結合，還可有效地提高鋼的抗皺性。

 

 

 鐵素體不銹鋼的焊接性能

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傳統鐵素體不銹鋼（電爐單煉，常規C、N含量等）因焊后脆性和晶間腐蝕敏感性，一般不用于焊接用途，若需焊接，則需焊后熱處理。

 

較薄截面尺寸的現代鐵素體不銹鋼（爐外精煉并加工生產的含Ti、Nb的低C、N和超低C、N的高純化牌號），采用適宜的焊接工藝可以獲得滿意的焊后性能。

 

易出現的問題：

-- 焊縫容易出現柱狀晶(Nb穩定化），熱影響區組織容易長大（Ti穩定化），導致其塑韌性降低

-- 若穩定化不夠，焊后容易出現晶間腐蝕傾向

-- 焊接保護不好，容易出現氧化色，導致其耐蝕性下降

 

 

 鐵素體不銹鋼的物理性能

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有磁性，為導磁不銹鋼；

線膨脹系數較低，僅為奧氏體不銹鋼的1/3左右（適用于有熱脹冷縮的條件下）；

熱導率高，約為奧氏體不銹鋼的1.3～1.5倍（適用于需熱交換的一些用途）。

 

 鐵素體不銹鋼的優點和缺點

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優點：

不含鎳或個別鋼號含少量鎳--節約鎳、成本低

屈服強度高，加工硬化率低，易于冷加工

導熱系數高，適用于熱交換的用途

導磁性能高

熱膨脹系數小

對應力腐蝕不敏感

 

缺點

475度脆性

中溫脆性

高溫脆性

韌脆轉變溫度

晶間腐蝕傾向

 

 大力發展鐵素體不銹鋼

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國家支持：“十一五”科技支撐計劃“低鎳鐵素體不銹鋼板帶材關鍵技術開發”

 

研制周期：2007-2011

承擔單位：鋼研總院、太鋼、寶鋼、東大

主要研究內容：

適宜連續退火的430Al開發

消音器用燃油經濟型439M開發

B443NT材料開發

高耐蝕性、高成形性444開發

445材料開發

 

行業呼吁：不銹鋼協會 

 

龍頭企業積極行動：太鋼、寶鋼

 

鐵素體不銹鋼的研發進展

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（1）高成形性

 

 

使用要求：成形性好、耐腐蝕、表面美觀性好

產品應用：廚房設備、餐廚用具、家用電器等

 

（2）低成本高性能

 

使用要求：成形性、耐蝕性、可焊性、冷脆性

產品應用：熱水器貯槽、太陽能集流器、熱交換 器，內地和沿海大氣環境下建筑內、外欄桿及奧氏體不銹鋼容易出現應力腐蝕破裂裝置。

 

（3）高性能

 

 

使用要求: 在苛刻的腐蝕環境下具有較高的耐蝕性能

產品應用：沿海地區建筑裝飾（屋頂及屋檐接水槽)，石油化工制堿、煙氣除硫設備、電站冷凝器，部分替代超級奧氏體不銹鋼或鎳基合金

 

（4）汽車尾氣排放系統

 

使用要求：成型性好、高溫強度、高溫抗氧化性、低溫韌性、高耐蝕性等。

產品應用：主要是汽車排氣系統（歧管和消音器等）