不锈钢系统知识简介 2009 9 什么是不锈钢 钢 碳含量小于2 11 的铁碳 或铁基 合金 不锈钢是不锈钢和耐酸钢的简称 在材料科学领域中 将Cr含量大于10 5 且以耐蚀性和不锈性为主要使用性能的一系列铁基合金称为不锈钢 通常对在大气 水蒸气和淡水中等腐蚀性较弱的介质中不锈和耐蚀的钢种称为不锈钢 对在酸碱盐等腐蚀性强烈的环境中具有耐蚀性的钢种称为耐酸钢 不锈钢是如何分类的 常用的不锈钢的分类方法主要有 1 按钢的组织结构分类可分为 奥氏体不锈钢 马氏体不锈钢 铁素体不锈钢 双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢 2 按钢的化学成分分类可分为 Cr不锈钢 Cr Ni不锈钢 Cr Mn N Ni不锈钢 超低碳不锈钢 高纯不锈钢等 3 按钢的功能分类可分为 低温不锈钢 耐热不锈钢 耐磨不锈钢 无磁不锈钢 易切削不锈钢和超塑性不锈钢等 不锈钢主要钢种的性能与特性 304 由于具有较好的耐腐蚀性 强度高 寿命长 并且有良好的色泽和表面光泽度 因此作为不锈耐热钢使用最广泛 适用于食品用设备 一般化工设备 特别是装饰行业例如不锈钢围栏 其中0Cr18Ni9是0Cr19Ni9的节Cr钢种 304Cu2 0Cr18Ni9Cu2 属于超深冲用不锈钢冷轧板 用于器皿以及厨房用品等制品行业深冲制造的需要 例如我厂曾经供货 深冲制造军用水壶SUS304J1与304Cu2相比 Cr与Ni含量低 生产成本低 耐腐蚀性和加工性能相当 用途相同 因此是我公司重点开发品种 316 317系列 与0Cr18Ni9相比Mo的合金化使钢耐酸性和耐氯化物孔蚀的性能明显提高 被用于的石油 化工 化肥等工业的设备 容器 管道等部件 301系列 该钢种在大气条件下具有较好的耐腐蚀性 冷加工后强度和硬度较高 应用于不生锈的条件下承受较高载荷的设备或构件 例如铁道车辆和传动带螺栓螺母以及弹簧件321系列 作焊芯 抗磁仪表 医疗器械 耐酸容器 设备衬里及输送管道等设备和零件 430 具有良好耐腐蚀性的通用钢种 用于建筑内的装饰 重油燃烧器部件 家庭用具 家用电器部件 409 焊接性能好 用于汽车排气处理装置 例如长春一汽所生产的红旗轿车排气管使用的就是我厂生产的00Cr12Ti不锈钢 200系列不锈钢属于300系列的替代产品 与我厂常规300系列产品相比具有以下特点 1 性能好 200系列奥氏体不锈钢耐蚀性 强度等性能都与300系列相当 只是硬度偏高 外观表面光亮度 颜色和色泽比300系列稍差一些 2 成本低 200系列不锈钢在冶炼中提高了锰含量并增加了氮 用这两个元素代替了镍 使其镍含量降低到2 5 5 的水平 其成本比300系列低15 20 由于价格低适用于缺乏镍资源的国家 3 适用性高 200系列与300系列有对应的钢种 与300系列相似可以应用于很多领域 目前缺乏镍资源已经成为影响我国不锈钢不能大幅降低成本的因素之一 因此开发低成本的200系列不锈钢已经成为现在不锈钢的发展方向之一 410 0 1Cr13 具有良好的耐腐蚀性 机械加工性 一般用途 刃具类 420 2 3Cr13 淬火状态下硬度高 耐腐蚀性良好 可用于汽轮机叶片 刃具 喷嘴 阀座 阀门等 405 0Cr13Al 高温冷却下不产生显著硬化 用于汽轮机材料 淬火用部件 复合钢材等 加工方法及用途 主要国家常用不锈钢标准牌号对照表 不锈钢中各种元素的作用 目前已知的化学元素有100多种 在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种 对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说 最常用的元素有十几种 除了组成钢的基本元素铁以外 对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是 碳 铬 镍 锰 硅 钼 钛 铌 钛 锰 氮 铜 钴等 这些元素中除碳 硅 氮以外 都是化学元素周期表中位于过渡族的元素 实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的 当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时 它们的影响要比单独存在时复杂得多 因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用 而且要注意它们互相之间的影响 因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和 1 铬在不锈钢中的决定作用决定不锈钢性属的元素只有一种 这就是铬 每种不锈钢都含有一定数量的铬 迄今为止 还没有不含铬的不锈钢 铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素 根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后 促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展 这种变化可以从以下方面得到说明 铬使铁基固溶体的电极电位提高 铬吸收铁的电子使铁钝化钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象 构成金属与合金钝化的理论很多 主要有薄膜论 吸附论及电子排列论 2 碳在不锈钢中的两重性碳是工业用钢的主要元素之一 钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式 在不锈钢中碳的影响尤为显著 碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面 一方面碳是稳定奥氏体的元素 并且作用的程度很大 约为镍的30倍 另一方面由于碳和铬的亲和力很大 与铬形成 系列复杂的碳化物 所以 从强度与耐腐烛性能两方面来看 碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的 总的来讲 目前工业中获得应用的不锈钢的含碳量都是比较低的 大多数不锈钢的含碳量在0 1 0 4 之间 耐酸钢则以含碳0 1 0 2 的居多 含碳量大于0 4 的不锈钢仅占钢号总数的一小部分 这是因为在大多数使用条件下 不锈钢总是以耐腐蚀为主要目的 此外 较低的含碳量也是出于某些工艺上的要求 如易于焊接及冷变形等 3 镍在不锈钢中的作用是在与铬配合后才发挥出来的 镍是优良的耐腐蚀材料 也是合金钢的重要合金化元素 镍在钢中是形成奥氏体的元素 但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织 含镍量要达到24 而只有含镍27 时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变 所以镍不能单独构成不锈钢 但是镍与铬同时存在于不锈钢中时 含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能 基于上面的情况可知 镍作为合金元素在不锈钢中的作用 在于它使高铬钢的组织发生变化 从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善 4 锰和氮可以代替铬镍不锈钢中镍锰对于奥氏体的作用与镍相似 但说得确切一些 锰的作用不在于形成奥氏体 而是在于它降低钢的临界淬火速度 在冷却时增加奥氏体的稳定性 抑制奥氏体的分解 使高温下形成的奥氏体得以保持到常温 在提高钢的耐腐蚀性能方面 锰的作用不大 如钢中的含锰量从0到10 4 变化 也不使钢在空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变 这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大 形成的氧化膜的防护作用也很低 所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢 如40Mn18Cr4 50Mn18Cr4WN ZGMn13钢等 但它们不能作为不锈钢使用 锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一 即2 的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体 并且作用的程度比镍还要大 例如 欲使含18 铬的钢在常温下获得奥氏体组织 以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢 目前已在工业中获得应用 有的已成功地代替了经典的18 8铬镍不锈钢 5 不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀 6 钼和铜可以提高某些不锈钢的耐腐蚀性能 7 硅形成铁素体的元素 在一般不锈钢中为常存杂质元素 8 磷在一般不锈钢中都是杂质元素 但其在奥氏体不锈钢中的危害性不像在一般钢中那样显著 故含量可允许高一些 如有的资料提出可达0 06 以利于冶炼控制 个别的含锰的奥氏体钢的含磷量可达0 06 如2Crl3NiMn9钢 以至0 08 如Cr14Mnl4Ni钢 利用磷对钢的强化作用 也有加磷作为时效硬化不锈钢的合金元素 PH17 10P钢 含0 25 磷 乃PH HNM钢 含0 30磷 等 9 硫和硒在一般不锈钢中也是常有杂质元素 但向不锈钢中加0 2 0 4 的硫 可提高不锈钢的切削性能 硒也具有同样的作用 硫和硒提高不锈钢的切削性能 是因为它们降低不锈钢的韧性 例如一般18 8铬镍不锈钢的冲击值可达30公斤 厘米2 含0 31 硫的18 8钢 0 084 C 18 15 Cr 9 25 Ni 的冲击值为1 8公斤 平方厘米 含0 22 硒的18 8钢 0 094 C 18 4 Cr 9 Ni 的冲击值为3 24公斤 平方厘米 硫与硒均降低不锈钢的耐腐蚀性能 所以实际应用它们作为不锈钢的合金化元素的很少 不锈钢的发展 世界不锈钢公司主要设备 世界前九大不锈钢公司装备及发展情况 国内不锈钢生产状态 一 烨联钢铁公司 1995年9月建成的台湾唯一全流程的不锈钢板材厂 其不锈钢产能 连铸坯90万吨 热轧黑卷88万吨 No 125万吨 2B板30万吨 BA板6万吨 工艺流程2台 85t电炉 普通废钢 返回钢 合金 2台 100tMRP转炉 2台 100tVOD 1台 100tLF炉 方板坯连铸机 方坯 140 140mm 板坯 厚200mm 宽1000mm 1240mm 1550mm 一座1800炉卷轧机 四台廿辊森吉米尔轧机 1 主要生产品种 300系列 占60 70 以304 304L 316 309为主 321 409L以前生产过 质量不过关 现在已不生产 200系列 占5 左右 从去年7月开始生产 400系列 占20 30 以420 430为主 目前烨联的产品60 外销 主要是大陆 40 本地使用 2 冷轧品种能力 25万吨No1 30万吨2B 6万吨BA和25万吨黑皮卷 退火酸洗能力 AP H 设计能力33万吨 实际达到40万吨 设计过线板宽1219mm 实际有部份1524mm 混线能力30万吨 其中热板20万吨 冷板10万吨 冷线能力27万吨 2 宝新公司 3 张家港浦项 不锈钢工艺及流程 不锈钢全线基本生产工艺 电炉精炼连铸板坯板坯修磨热连轧热轧卷酸洗退火轧制冷轧卷酸洗退火平整剪切包装 冷轧厂工艺流程 现有设备 新增设备 不锈钢冷轧生产目的 1 厚度规格减薄 2 控制产品厚度精度 3 提高表面光洁度 4 改善钢的组织 提高产品的使用性能 功能 热处理 酸洗热轧 冷轧带钢带宽 600 1300 厚度 1 0 6 0卷重 20吨生产能力 150000吨 主要装备介绍 混线 具有先进的厚度 板形自动控制 为90年代末先进水平产品厚度 0 3 3 0mm卷重 20吨设计能力 12 5万吨 主要装备介绍 廿辊 主要装备介绍 APL线 功能 热处理 酸洗冷轧带钢带宽 600 1300 厚度 0 3 2 0卷重 20吨生产能力 17 5万吨 条 主要装备介绍 SKP线 功能 消除屈服平台 改善板型速度 0 300 600m min卷重 20吨生产能力 28万吨 主要装备介绍 纵切线 功能 切边 分条 表面检查剪切宽度 600mm 1300mm 剪切厚度 0 3mm 3 0mm卷重 20吨生产能力 14万吨 条 我厂主要生产钢种 我厂所生产钢种有 200系列包括 202J 1Cr18Mn8Ni5N 和201 1Cr17Mn6Ni5N 300系列包括 1304系列 0Cr18Ni9 0Cr19Ni92321系列 1Cr18Ni9Ti3301系列 包括普通0Cr17Ni7和普通1Cr17Ni7 以及SUS301T SUS301L 301S 301B 后4种同样属于0 1Cr17Ni7系列 只是成分控制上有区别 我厂主要生产钢种 316 317系列 包括0Cr17Ni12Mo2 316 00Cr17Ni14Mo2 316L 0Cr19Ni13Mo3 317 00Cr19Ni13Mo3 317 我厂主要生产钢种 前面所讲200系列 300系列均为镍钢 后面讲到的400系列为铬钢包括 430系列 1Cr17与TSZB409系列 00Cr12Ti405系列 0Cr13Al410系列 0 1Cr13420系列 2 3Cr13 冷轧产品水平