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高性能奧氏體不銹鋼指南--牌號和發(fā)展歷史

1、引言 
奧氏體不銹鋼廣泛用于從室內裝飾材料如墻板、扶手,到化工、電力等腐蝕環(huán)境中的管道和容器等各類應用領域。奧氏體不銹鋼有許多牌號,標準的牌號如304和316不銹鋼在數量上占據著主導地位。而更高合金化的牌號已在各種苛刻應用環(huán)境中表現出優(yōu)良的性價比,它們被稱為“高性能奧氏體不銹鋼(HPASS)”。與標準牌號相比,這些不銹鋼的鉻、鉬和氮等合金元素含量較高,從而獲得了優(yōu)異的性能。由于合金元素含量高,高性能奧氏體不銹鋼的加工和制造比標準的奧氏體不銹鋼牌號更加復雜,工程師、設計師和加工企業(yè)需要充分了解這類不銹鋼的特性,以便正確地選材和加工制造。本系列文章提供了關于高性能奧氏體不銹鋼的基本信息,并與標準不銹鋼進行了比較,尤其是加工特性的比較,幫助不銹鋼加工企業(yè)制造出高性能優(yōu)質產品。

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2、奧氏體不銹鋼的歷史

不銹鋼發(fā)明于二十世紀初,是英國和德國的一項創(chuàng)舉。在隨后的半個世紀中,開發(fā)了一系列的不銹鋼牌號, 它們成功地應用于化工、能源、食品及其它行業(yè)。二十世紀七十年代初期,隨著鋼廠引入新的精煉和鑄造技術,不銹鋼進入了現代發(fā)展階段。不銹鋼研發(fā)者和生產商利用這些技術對已有的 “標準牌號” 進行了改進,同時還開發(fā)了性能更優(yōu)的新牌號,其中包括新型高性能奧氏體不銹鋼。


新的煉鋼技術包括氬氧脫碳(AOD)和真空吹氧脫碳(VOD)工藝。采用這兩種工藝,可以有效地實現超低碳含量、高合金回收率、較好的成分控制特別是氮含量的精準控制。電渣重熔法(ESR)可作為一種替代或補充工藝,更好地控制成分,使顯微組織更均勻,夾雜物更少。連鑄技術提高了生產效率,進一步降低了生產成本。


煉鋼技術的進步降低了標準低碳牌號如304L和316L的生產成本,改善了焊接部件的耐腐蝕性能。第一個采用新技術生產的高性能奧氏體不銹鋼牌號是904L(N08904),是由奧托昆普(Outokumpu)不銹鋼公司開發(fā)的。904L不銹鋼的碳含量非常低,是現有鑄造合金的可焊接鍛軋牌號,對強還原性酸環(huán)境有很高的耐腐蝕性能。1973年,ATI Allegheny Ludlum 公司推出了第一個完全耐海水腐蝕的奧氏體不銹鋼牌號AL-6X?(N08366),其Mo含量為6%,碳含量很低,可用于生產焊接薄板和管材。七十年代中期,氮的使用和控制得到了發(fā)展,進一步改進了6%Mo不銹鋼的性能,實現了厚斷面材料的焊接,并且能夠防止有害金屬間相(會降低耐點蝕性能)的形成。下表列出了含氮6%Mo不銹鋼牌號的UNS編號及相應生產廠的商品名稱。

二十世紀九十年代,新興的能源和環(huán)保工業(yè)對高性價比、高性能合金材料的需求日益增長,對不銹鋼的耐腐蝕性能提出了更高的要求。開發(fā)出三個Mo含量約為7%、氮含量相對較高的不銹鋼牌號, 它們在腐蝕性含氯水中具有特別高的耐點蝕性能。這組高合金化的不銹鋼牌號為S32654、S31266和S31277,其性能與一些高耐蝕性的鎳基合金很接近,而成本卻低得多。下表給出了7%Mo不銹鋼牌號及生產廠的商品名稱。


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表1列出了一些常見標準300系和200系奧氏體不銹鋼的化學成分。高性能奧氏體不銹鋼的化學成分見表2。高性能奧氏體不銹鋼的鉻、鎳和鉬的含量遠高于標準的18Cr-8Ni不銹鋼,很多牌號還添加了氮。


表1 常見標準鍛軋300系和200系奧氏體不銹鋼的化學成分*(重量%)和耐點蝕當量(PREN)**

說明:

* 選自ASTM關于中厚板、薄板和帶材的標準規(guī)范或企業(yè)的數據資料。

** 一般指化學成分最大值,除非標出范圍或最小值。EN的化學成分與ASTM的化學成分不完全一致。

*** 根據公式PREN = %Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W)+ 16(%N)計算出的耐點蝕當量及該牌號預期的名義化學成分。


表2 常見的高性能奧氏體不銹鋼的化學成分*(重量%)和耐點蝕當量(PREN)**

說明:

* 選自ASTM關于中厚板、薄板和帶材的標準規(guī)范或企業(yè)的數據資料。

** 一般指化學成分最大值,除非標出范圍或最小值。EN的化學成分與ASTM的化學成分不完全一致。

*** 根據公式PREN = %Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W)+ 16(%N)計算出的耐點蝕當量及該牌號預期的名義化學成分。


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