铁素体不锈钢焊接论文

1、铁素体不锈钢的焊接摘要：铁素体不锈钢作为一种不含镍的铬系不锈钢，具有含镍不锈钢所具有的成形性、经济性、耐蚀性、抗氧化性等性能，具有成本低、耐应力腐蚀性能优异等显著特点，被称为经济型不锈钢。本文主要分析了铁素体不锈钢的发展以及其合金化，同时介绍了基于铁素体不锈钢特性的各种应用。关键字： 铁素体 不锈钢 特性 发展 应用不锈钢在如今已得到广泛应用，这是因为它具有许多优越特性，如可成形性、强度及耐腐蚀性。不锈钢开始商业化生产并作为材料用于各种用途大约只有短短50年的历史。304型及430型不锈钢因其最常用而为大家所熟知，其产量占到不锈钢总产量的一半以上。但是，近十年来对不锈钢的需求显著增长，因此，人

2、们一直在开发适用于各种用途的不同种类的不锈钢。以430型不锈钢为代表的铁素体不锈钢的生产成本比奥氏体不锈钢要低。因而，用铁素体不锈钢制造的产品现在发展很快，例如，铁素体不锈钢的用途之一是制作汽车尾气排放控制系统1,2,3。为了这种用途，现在已经开发了许多种铁素体不锈钢。在宝钢不锈钢事业部总经理楼定波看来，铁素体不锈钢不含镍，可以回避镍价的波动带来的风险；它同样可以防腐、防锈，但价格比含镍的不锈钢具有竞争力，并且，比含镍不锈钢制造更有门槛。1铁素体不锈钢的合金化1.1 铁素体不锈钢合金化的主要目的铁素体不锈钢合金化的目的可以归结为4点：(1)改善耐蚀性；(2)提高强韧性；(3)改善抗氧化性；(4

3、)改善机加工性。众所周知，不锈钢的耐蚀性是由于一种相当薄的表面氧化膜(不导电)，在钢和使用环境之间提供了一种物理势垒(阻挡层)使合金趋于钝化状态。所以提高耐蚀性的关键在于促使钢的表面形成一种连续的(不因沉淀物、夹杂物或第二相的存在而间断)、稳定的(不因强侵蚀环境而击穿或由于缺陷的存在而丧失)、易修复的(被击穿或机械破坏后能自行修复)氧化膜这是铁素体乃至于全部不锈钢合金化的主要出发点。1.2 铁素体不锈钢的合金元素作用铬是氧化膜的主要成分，有助于形成更稳定的氧化膜，同时又是稳定铁素体的主要元素，也是导致新型铁素体不锈钢不断发展的一个重要元素。钼：能显著增加钝化膜的稳定性，在苛刻的侵蚀性环境中防止

4、钝化膜被局部击穿。点蚀电位、临界点蚀温度(CPT)、临界缝隙腐蚀温度(CCT)都随钼含量的增加而提高。钼对提高局部腐蚀抗力的效力约为铬的33倍。铬和钼对耐氯化物溶液腐蚀性能的综合影响可用点蚀指数(PI)来表示如下7：PI=Cr+33Mo。铁索体不锈钢的强韧性主要通过铬和钼的固溶强化来达到。硅和铝：提高合金的高温抗氧化性。铜：有助于增加不锈钢在还原性环境中的表面钝性，如在还原酸环境中。碳和氮：在铁索体不锈钢中间隙元索碳和氮的含量是非常关键的。碳化铬的沉淀可能导致敏化；碳氮化物沉淀可能导致高温脆性，(C+N)总量较高时(200ppm)可使大截面尺寸材料的廷性一脆性转变温度(DBTT)升高到室温以上

5、，把(C+N)总量降低到150ppm以下，使大截面尺寸材料在室温下仍呈韧性状态。镍：降低铁索体不锈钢的应力腐蚀抗力，但是，在不台硫化物的环境中改善全面腐蚀抗力。硫：趋向形成硫化物夹杂，尤其是锰存在时。硫化锰夹杂在钝化氧化层中产生一个脆弱的区域。在酸性溶液中形成侵蚀性的硫化氢(H2S)气体或形成促进腐蚀的接触电池而使耐蚀性下降。所以，在超级铁索体不锈钢中硫含量控制在0.01以下。钛和铌：是碳和氮的稳定化元素也是一种稳定铁索体的元素。众所周知，碳和氮在铁索体中的固溶度远小于固溶体，易在晶界富集导致敏化；同时，焊缝强度随碳氮含量的增加而增加，但是，当(C+N)0.01时，焊缝延性下降；当(C+N)0

6、.03时，焊缝廷性严重下降。因此，需要降低碳和氮的有效含量。其方法之一是加钛和(或)铌稳定化8，对碳含量为0.010.02的钢，稳定化所需的最低钛含量为Ti=0.15+3.7(C+N)，铌的需要量接近化学计算式：Nb=7(C+N)。在钛和铌联合加入时，Nb+Ti=0.2+4(C+N)。但是，最佳含量仍需进一步研究。因为过量的稳定剂也会使DBTT升高。2 铁素体不锈钢的特性及类型2.1 铁素体不锈钢的耐大气腐蚀性由于铁素体不锈钢具有良好的耐大气腐蚀性，近来一直被用作建筑物的屋顶和幕墙9。但是，离海较近地区的大气环境特别恶劣，尤其是来自海水空气中的悬浮微粒是相当强的腐蚀性物质，因此，在这些环境下使

7、用的高铬铁素体不锈钢得到了开发。抗大气腐蚀的不锈钢含有高铬和高钼，并添加了少量的铌和钛。该钢种实际含22的铬和1.2的钼，足够的铬和钼对改善不锈钢的耐点蚀能力是必不可少的10。304型和316型奥氏体不锈钢随着周期腐蚀试验周期次数的增加，生锈面积显著增多。相反，如：444型及研发钢种这样的铁素体不锈钢，在前600次试验周期内，生锈面积稍微增加，而在经过更长的试验周期后，生锈面积处于饱和状态。研发钢种(22Cr1.2MoNb，Ti)则显示出其在任何试验周期生锈面积均为最少的特性。2.2 铁素体不锈钢的耐晶间腐蚀性410L或409型不锈钢由于具有良好的耐腐蚀性、成形性及耐热性而被用作汽车尾气排放控

8、制系统材料11。近几年来，汽车排气的设计温度提高了，这是因为汽车排气温度的升高能够提高催化转化器的转化效率，减少有害气体诸如NOx、SOx以及碳氢化合物(HC)的排放量。但温度的提高可能导致材料的腐蚀条件更恶劣。例如，在排气温度下碳化铬将在消音器上产生沉积物，即在400500的温度下，将导致晶界贫铬，发生晶间腐蚀。由于焊缝区域对晶间腐蚀特别敏感，有必要对含12Cr的铁素体不锈钢提高其耐腐蚀性。解决此问题的另一条途径是研发新的铁素体不锈钢。其中一例是对含12Cr的钢中添加铌。这些钢作为耐晶间腐蚀材料广泛应用于汽车尾气排放系统中，如前导管、中心管及消音器上。众所周知，降低钢中的碳和氮含量对防止晶间

9、腐蚀是相当有效的。这样，在钢中添加铌和钛就可以进一步提高其耐晶间腐蚀性。2.3 铁索体不锈钢的可成形性铁素体不锈钢的用途是如此的广泛，每种用途所要求的铁素体不锈钢的性能又各自不同。然而，铁素体不锈钢的可成形性比奥氏体不锈钢如304钢要差。尽管铁素体不锈钢的值、即深冲性指数在1.02.0较宽的范围变化，但n值，即延展性指数有限，约为0.2，比奥氏体不锈钢的0.40.65低10。对于拉延成型制品，很难用铁素体不锈钢代替奥氏体不锈钢，如要代替就必须改变制品的设计，把它设计成拉延成型的形状。2.4 铁素体不锈钢的韧性关于钛和铌对压力成形性的作用已进行了很多研究，其焦点主要集中于平均值的研究，所得出的结

10、论是适量的这些元素可有效地改善压力成形性。但是，过量添加这些元素也会产生有害影响12。例如，随着钛和铌含量的增加，纵向裂纹的转化温度也随之提高。即使铁素体不锈钢具有良好的平均值，但韧性脆性转变温度可能对深冲性造成损坏。由于转变温度对可成形性是决定性的因素之一，在较高的转变温度下，变形可能难以进行。2.5 铁素体不锈钢的高温强度409L(11CrTi)不锈钢被用作汽车排气歧管的材料，排气温度设计为大约800。当排气温度约为900时，使用430J1L(18Cr0.4Nb0.5Cu)不锈钢。但是，排气温度还在提高，这就要求进一步提高不锈钢的质量。这样，传统的高铬铁素体不锈钢的耐热性就不能满足排气歧管

11、的要求。因此，对具有成本竞争性的耐高温铁素体不锈钢一直有强烈的需求。考虑到这种需求，一直在研究加入铌和钼对高温性能的影响12。3 不同类型的铁素体不锈钢439不锈钢 439钢种是在普通铁素体材料（430）的基础上降低C的含量，同时加入Ti等稳定化元素，使该钢种的耐晶间腐蚀性、高温氧化性、成型性和焊接性均有所提高。其与304钢种相比，虽延伸率较低（30左右），但强度、耐腐蚀性相当，且耐腐蚀性优于200系列材料。1. 化学成分 国 家 标准 牌号 化学成分（） CSiMnPSCrNiNTi 美 国 ASTM4390.031.001.000.040.0317.0-19.0 0.5 0.040.2+4

12、(C+N)1.10德 国 DIN1.45100.051.000.000.040.01516.0-18.0-4(C+N)0.802. 机械性能标准 机械性能抗拉强度屈服强度延伸率硬度N/m()N/m（）（）HVASTM41520522180DIN420600230233. 主要用途电梯、扶梯装饰用板建筑装饰板，如装饰结构件、结构用管汽车排气系统部件洗衣机内筒JFE443CT不锈钢 JFE443CT的特点1、 优异的抗腐蚀性1） 铬含量提高到21%，具有和SUS304同样优异的抗腐蚀性2） 因为降低了碳、氮等不纯物质，并添加了具有稳定作用的钛元素，焊接后也能保持良好的抗腐蚀性。2、 价格优势及其稳

13、定性1） 因为不添加镍，所以价格比SUS304便宜。2） 因为不添加镍、钼，即使这两种金属涨价也不受影响。JFE443CT化学成分钢种相应JIS标准CR（铬）NI（镍）MO（钼）TI（钛）JFE443CT-21.0-0.3SUS430SUS43016.1-JFE439LSUS430LX17.4-0.3SUS304SUS30418.28.2-0.3JFE443CT机械特性钢种相应JIS标准屈服强度（N/2）抗拉强度（N/2延伸率（%）平均r值JFE443CT-305483311.3SUS430SUS430320490291.0JFE439LSUS430LX245429311.4SUS304SUS

14、304260645601.0JFE443CT和SUS304相比：l 密度低。重量相同的情况下，材料面积约可扩大2.5%。l 热导性能好。l 热膨胀少。l 测量结果表明，两者耐腐蚀能力相当。l 比SUS304的r 值高，故深拉性能比较优越SUS444高耐蚀的铁素体不锈钢 1概况 SUS444（00Cr18Mo2）是一种超低碳氮、含18%铬与2%钼、高耐蚀的铁素体不锈钢。该钢种一般采用铌或钛进行稳定化，可以避免焊接后的晶间腐蚀。与奥氏体不锈钢如SUS304和SUS316L相比，该钢种的最大优势是具有优异的耐氯离子应力腐蚀开裂能力，并且该钢种的耐氯离子点腐蚀能力优于SUS304，与SUS316L相当

15、。因此，该钢种特别适合应用于各种水处理装置。 2化学成分 标准 牌号 C%N%Cr%Ni%Mo%其他 JIS G4305 SUS444 0.0250.02517.0020.00-1.752.50Nb或Ti或Zr： 8(C%+N%)0.80SUS3040.08-18.0020.008.0010.50-SUS316L0.030-16.0018.0012.0015.002.003.00- SUS444具有超低的碳氮杂质元素 SUS444添加了提高耐点腐蚀能力的钼元素 SUS444添加了具有稳定化作用的铌或钛元素 3机械性能牌号 屈服强度 N/mm2抗拉强度 N/mm2延伸率 %维氏 硬度 冷弯 18

16、0, d=2aSUS444典型 31048030160合格 SUS444标准 24541020230合格 SUS304标准 20552040200-SUS316L标准3物理特性牌号 密度 g/cm3磁性 热导率,100C,W/m*K热膨胀系数 0100C,mm/m*KSUS4447.75有 26.811.010-6SUS3048.03无 16.216.910-6SUS316L7.99无 16.216.010-6 SUS444密度低，可利用面积增大 SUS444导热性好，易于散热 SUS444热膨胀少，焊接变形小 4耐腐蚀性 4.1 耐氯离子应力腐蚀开裂能力 采用试验室

17、加速腐蚀试验方法，试验标准：GB/T 17898-1999不锈钢在沸腾氯化镁溶液中应力腐蚀试验方法。 试验材料 SUS304SUS316L SUS444裂纹发生时间, h 2.59.848h无裂纹 裂纹贯穿时间, h 2.511.848h无裂纹 试验后试样的表面形貌 SUS444具有优异的耐氯离子应力腐蚀开裂能力 4.2耐氯离子点腐蚀能力 采用试验室加速腐蚀试验方法，试验标准：GB/T17897-1999不锈钢三氯化铁点腐蚀试验方法，试验时间：48小时。 SUS444的耐氯离子点腐蚀能力优于SUS304 SUS444的耐氯离子点腐蚀能力与SUS316L相当 4.3耐晶间腐蚀能力 对TIG焊接接

18、头采用试验室加速腐蚀试验方法，试验标准：GB/T 4334.5-2000 不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法，试验时间：16小时。试验结果：正反表面各2个试样试验后折弯180，用10倍放大镜观察，均未发现晶间腐蚀裂纹，试样折弯处的表面形貌见下图。 444焊接后没有晶间腐蚀倾向 5焊接特点 推荐 R 避免 Q 焊接方法 TIG焊、等离子焊、MIG焊和激光焊（优先使用脉冲功能） 气焊，如氧乙炔 焊接材料 SUS444母材裁条或ER316L；保持焊材的清洁 非超低碳的焊材，如ER308焊接保护气 Ar或Ar+He混合气；使用背保护气 氮气和氢气 焊接热输入 尽可能小的焊接热输入，如低焊接电流、低焊接电压

19、等 摆动焊道；过高焊接电压 焊接结构 合理安排焊接顺序，减少焊接拘束 过大的焊接坡口装配间隙 其他 焊前用丙酮清理焊接坡口；焊后对焊缝进行酸洗钝化处理 焊前预热；焊后热处理 敬请注意：当SUS444与非超低碳氮不锈钢（如SUS304）TIG或等离子自熔焊时，焊缝处腐蚀性能会下降。 6成形特点 拉深性能 胀形性能 折弯注意事项 SUS444与SUS304相当 SUS444低于SUS304折弯压头的最小直径推荐大于1*a（a为板厚） SUS444不锈钢 SUS444钢种属于高合金铁素体不锈钢，与常用钢种SUS430相比：1. 含铬量高1.0左右，且添加了合金元素钼（Mo），因此该钢种具有良好的耐点

20、蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀能力，其耐蚀能力在某些领域甚至优于SUS304和SUS316。2. 添加了钛（Ti），铌（Nb），锆（Zr）等稳定化元素，因此该钢种具有良好的耐晶间腐蚀和耐高温氧化性能。1化学成分国 家 标准 牌号 化学成分（） CSiMnPSCrNiMoN其他 中 国 GB/T0Cr18Mo2Nb0.0251.001.000.030.0317.0-20.00-1.75-2.50 0.025Ti/Nb/Zr或组合 8（CN）0.8日 本 JISSUS4442. 机械性能参照JIS标准机械性能 物理性能屈服强度（N/m）抗拉强度（N/m）延伸率（）硬度n值r值热膨胀系数0650导热系数10

21、0HBHRBHV24541020217962300.201.211.525.92. 主要用途SUS444是铁素体钢中最耐热的钢种，1000以内高温抗氧化性能优良，相反，304在水温达到5090度之间最容易被腐蚀。与304相比，444钢种具有高抗氯、优良的耐应力腐蚀性、抗点蚀性等有点，且不易结垢、吸热效果强，其耐腐蚀性与SUS316钢种相近。基于444钢种的特性，主要用于制造贮水槽、太阳能热水器、热交换器、视频机械、印染机械、耐应力腐蚀设备、汽车发动机排气管等。436L（18Cr-1Mo-0.3Ti-LCN） 不锈钢化学成分（%） CCrNiMo其他 436L 0.02516.019.0-0.7

22、51.25Ti，Nb，Zr8x（CN）0.83040.0818.020.08.010.5-机械特性 屈服强度 （N/m） 抗拉强度 （N/m） 延伸率 （%） 硬度（Hv） 436L 24541020230实际 2804403419030420552040200436L拥有优秀的加工型、焊接性，主要用在汽车排气管，家电等领域。4 铁素体不锈钢的发展优势及劣势4.1 铁素体不锈钢的发展优势铁素体不锈钢具有体心立方晶体结构。除个别牌号外，一般不含稀缺的贵重元素镍。低铬铁素体不锈钢又称为经济不锈钢；中、高铬铁素体不锈钢与所能代用的铬镍奥氏体不锈钢相比，成本和价格也较低。铁素体不锈钢屈服强度较铬镍奥氏

23、体钢高，伸长率稍低，但加工硬化倾向小，易于冷镦，也易切削。众所周知，铬镍奥氏体不锈钢对应力腐蚀非常敏感，在奥氏体不锈钢制设备、构件等的失效事例中，应力腐蚀破坏事故占有很大比例，而铁素体不锈钢耐应力腐蚀性能优异，虽然在试验室内一些条件下人们也曾发现铁素体不锈钢也产生应力腐蚀的某些现象，但在实际工程应用中，国内外都很少见到铁素体不锈钢产生应力腐蚀破坏的实例。铁素体不锈钢具有铁磁性，导热系数高，约为铬镍奥氏体不锈钢的130150，非常适用于有热交换的用途；线膨胀系数小，仅为铬镍奥氏体不锈钢的6070，非常适用于热胀、冷缩，有热循环的使用条件。4.2 铁素体不锈钢的发展劣势铁素体不锈钢是一种节镍钢，强

24、度高，冷加工硬化倾向较低，导热系数为奥氏体不锈钢的130150，线膨胀系数仅为CrNi奥氏体不锈钢的6070。虽然有上述优点，但与奥氏体不锈钢相比，其用途有限，这主要是因为铁素体不锈钢，特别是Cr16的铁素体不锈钢存在一些缺点和不足。121 室温脆性和裂纹敏感性高铁素体不锈钢的室温、低温塑性差，缺口敏感性高，对晶间腐蚀比较敏感，而且这些缺点随铁素体不锈钢截面尺寸的增加，冷却速度的变慢和焊接的热影响而更加强烈地显示出来。铁素体不锈钢性能上的几乎所有缺点都与钢中的碳、氮有关4。随碳、氮含量的增加，铁素体不锈钢的冲击韧性下降，脆性转变温度明显上移，尤其是当钢中铬含量高于1518时更为明显。钢的缺口敏

25、感性，冷却速度效应和尺寸效应也随钢中碳、氮量的增加而显著增强。钢中氧含量也有类似影响，随氧含量的提高，铁素体不锈钢的脆性转变温度升高。随C+N量增加，铁素体不锈钢的晶间腐蚀敏感性增加，碳、氮对铁素体不锈钢的耐一般腐蚀，耐点蚀，耐缝隙腐蚀和耐应力腐蚀也都是有害的。在冶炼过程中虽然能够去除钢中部分或大部分的碳和氮，但若要完全去除却是非常困难的，钢中碳、氮越低，铁素体不锈钢的生产成本就越高。122 起皱起皱是铁素体不锈钢在成型过程中应变量较大时易产生的一种表面缺陷，发生在板带的轧制方向表现为狭窄凸起条纹，即表面皱折。可通过控制生产工艺减轻起皱，例如减少连铸坯的柱状晶，增加等轴晶；选择适宜的板坯加热温

26、度，低的终轧温度和高的退火温度等。最近，HyungJoon Shin等5采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了409L和430两种铁素体不锈钢的柱状区试样，验证了在理论模型中提出的晶粒簇的存在，得出了晶粒簇与起皱的关系。Junichi HAMADA6等人的研究也证实了430不锈钢的初始凝固组织对起皱的影响，认为具有初始柱状晶组织的试样退火后的起皱程度比具有初始等轴晶组织的试样更严重。5在中国大力推广铁素体不锈钢有利于节镍近年来，中国不锈钢的消费和生产发展都十分迅速，对不锈钢的需求达到了一个很高的水平，但不锈钢昂贵的价格，也使其在我国的应用受到了一定的限制。所以在发展不锈钢工业中，要使不锈钢的

27、成本达到能使用户接受的程度，须大力推广使用铁素体不锈钢。 中国是一个镍资源缺乏的国家，在中国推广使用铁素体不锈钢有着非常重要的意义。 当前，扩大生产与应用无镍铁素体不锈钢是世界各国不锈钢节镍的主要方向。在世界不锈钢生产中，奥氏体不锈钢平均比例为75，而在发达国家中，美国的奥氏体钢使用比例小于60，日本在60左右。根据中国不锈钢生产和消费的实际，2003年表观消费量是420万吨，其中90是奥氏体不锈钢。到2005年，预计不锈钢表观消费量达到510万吨时，如果铁素体不锈钢的占有量从2003年的10上升到25，使用的镍量将与2003年相同；到2010年，预计不锈钢表观消费量达到650万吨时，如果铁素

28、体不锈钢的比例上升到40，那么使用的镍量仍将与2003年相近。可见，在中国提高和扩大不锈钢生产和消费的同时，根据国内市场需求，如果适当调高铁素体不锈钢的使用比例，不仅不会造成世界市场上镍资源的紧张，还可降低消费者使用不锈钢的成本。 近几年，由于镍价的飞涨，节镍铬锰奥氏体不锈钢(200系列)在中国迅速地发展起来。但200系列不锈钢只适用于耐弱腐蚀环境的一般用途，性能不能完全替代300系列。特别是在当前中国市场上通行的几个牌号，有的只是国外的企业标准。如印度的J4，是在美国200系列牌号的基础上降低了镍和铬的含量，其镍含量只有1左右，是一个低镍低铬高锰加铜的产品，抗腐蚀性能比201牌号、202牌号

29、又有很大的下降，其使用范围非常有限。因此认为，从市场销售量上分析，该品种已超过合理使用范围。同时发现有人在销售中用200系不锈钢假冒300系不锈钢，以次顶好，给消费者带来许多问题，特别是在工业领域使用会造成很大的隐患和危险。 。 总之，在不锈钢节镍问题上，应根据市场发展和用户使用要求，采取科学态度，对于镍元素该节约就节约，该使用就使用。在当前镍资源短缺的情况下，在中国大力推广铁素体不锈钢应该是一个最明智的选择。铁素体不锈钢应用前景广阔铁素体不锈钢与铬镍奥氏体不锈钢同属于比较古老且应用广泛的不锈钢类，工业生产已有80年的历史。近年来，随着人们对铁素体不锈钢的深入研究以及生产与应用技术的不断改进和

30、完善，使采用近代不锈钢生产技术所生产的低碳、氮，超低碳、氮以及高纯和超级铁素体不锈钢等现代铁素体不锈钢与过去用电炉单炼并加工生产的传统铁素体不锈钢相比，不仅克服了在性能上的一些不足，而且在品质上得到了很大的改善和提高。因而现代铁素体不锈钢已广泛应用于家用电器、厨房设备、交通运输、环保及市政建设等，几乎遍及与人们生活密切相关的各个领域。 中国是一个家电生产大国，而家电工业是铁素体不锈钢的使用大户，如洗衣机的滚筒(用430牌号不锈钢)和热水器(用444牌号不锈钢)等；中国汽车工业的迅猛发展，汽车排气系统也成为铁素体不锈钢的重要应用领域(多采用409等牌号不锈钢)；建筑室内外的装饰，特别是屋面采用铁

31、素体不锈钢更具有优势，所以铁素体不锈钢在建筑装饰行业也有广泛使用的前景；在石化和环保等一些工业领域内，超纯铁素体不锈钢也将成为重要材料。中国上述产业的发展。展示了铁素体不锈钢应用的广阔前景。 因此，我们要进一步大力做好铁素体不锈钢的推广工作。 第一，推广铁素体不锈钢的应用，关键问题之一是消除消费者对铁素体不锈钢的误解。铁素体不锈钢是铬系不锈钢，具有磁性，在民用领域与无磁的铬镍奥氏体不锈钢一样具有足够的耐腐蚀性能。所以，要改变过去消费者用有无磁性来判断是否是不锈钢的不科学观念，加强铁素体不锈钢的宣传，使人们了解其特性和如何选用铁素体不锈钢。 第二，中国最大不锈钢生产企业宝钢与太钢两家都可以采用铁

32、水兑入精炼炉的工艺，生产低成本的铁素体不锈钢，所以我们建议这两家企业根据市场发展需要，增加铁素体不锈钢的产量，为不锈钢的发展做贡献。 第三，开展铁素体不锈钢生产、加工制造工艺的研究，及时解决出现的问题。 第四，加强与各行业协会的合作，共同做好铁素体不锈钢的推广工作。 可以预期推进铁素体不锈钢的生产与应用，对中国不锈钢产业的发展有着重大的现实意义。6汽车需求推动了铁素体不锈钢的发展 汽车产业的迅速发展离不开钢铁业多年的大力支持，我国汽车生产所用钢材基本上是立足于国内供应，这也是汽车产业多年能持续发展的主要基础之一。汽车的发展会不断对汽车产品的安全性、节能、环保和轻量化等方面提出更高要求，这些性能

33、的提高都和汽车的主要材料钢铁及有色金属性能的提高和品种的扩大有直接关系，其中就包括不锈钢的应用与提高。我国现阶段生产的中高档、高档轿车如奥迪、奔驰、宝马、别克、本田等车型，随着市场需求的增加正在逐步提高产量，与此同时对汽车用不锈钢等金属材料在数量和质量上也提出更高要求。今后20年之内，每辆中高档轿车的不锈钢应用量将由现在的30kg左右提高到45kg50kg。 中国汽车市场成长和发展期将有40年以上的历程 从国外的汽车市场成长发展期的经历来看：美国从20世纪20年代到60年代中期经历了45年的成长发展期；日本从1964年至1990年经过了26年的汽车市场成长发展期。 中国国民经济和人们的生活水平

34、在今后几十年内将逐步提高，就连农用车也会不断提高技术水平逐步转化为各类汽车，这是中国汽车市场成长发展期的基础。中国人口众多和地域经济发展水平不平衡的差距较大，沿海地区和大城市先行发展；中小城市和中部地区经济已逐步得到发展；乡镇和西部地区还要经过几十年的发展，其购买力水平才能逐步提高。这就是中国汽车市场成长发展期为什么要经历40年以上时间的基础，这也为不锈钢特别是铁素体不锈钢的发展提供了广阔空间。 汽车发展对铁素体不锈钢将提出更高要求 铁素体不锈钢在汽车上的应用多于奥氏体不锈钢，主要是因为近年发展起来的铁素体不锈钢具有强度较高、线膨胀系数低、导热性好、耐蚀性高等性能特点，是汽车排气系统等零部件首

35、选的材料。因此，汽车行业和钢铁行业作为两个很有前途的行业，应共同合作，不断为适应汽车生产需要开发出提高性能、节约镍铬资源、降低成本的新的多品种、多规格铁素体不锈钢，来满足市场需求。 由于耐热、防蚀的要求，汽车发动机排气系统对铁素体不锈钢的性能和用量要求越来越高，最终目的是降低重量和油耗。如中高档轿车由铸造排气岐管改为焊接铁素体不锈钢排气岐管，发动饥气阀钢采用21-4N、21-2N等不锈钢和车内外装饰等。汽车产业对不锈钢的品种、规格多样化的需求在不断增加，尤其是对于不锈钢板材。所以发展铁素体不锈钢、降低含镍奥氏体不锈钢的使用比例是汽车用不锈钢的发展方向之一。 为改善铁素体不锈钢的性能，降低脆性、

36、提高低温塑性、改善细化晶粒，主要是控制含碳量和降低含氮量；为提高铁素体不锈钢板材的高温强度和低温及大截面尺寸的材料韧性，可加入各种不同比例的钼、硅、铝等合金，增加铁素体不锈钢的品种以满足汽车要求的各种性能；采用精炼、真空冶炼等工艺获得低碳、低氮、低氧的高纯度铁素体不锈钢，提高焊接性、常温低温韧性和降低缺口敏感性，使其在汽车上扩大应用范围；为节约宝贵的镍金属，在低铬(含铬1115)和中铬(含1620)铁素体不锈钢中加入适量硅、钛、钼、铝、铌等金属，以提高不锈钢的冷成形性和高温强度。 近年发展的高铬、钼和低碳、氮超级铁素体不锈钢问世以来，解决了以往存在的不少性能问题，尤其解决了由氯化物引起的压力腐

37、蚀、点蚀、缝隙腐蚀等问题，使铁素体不锈钢成为不锈钢的重要角色。铁素体不锈钢在五金制品行业的应用虐待引导铁素体不锈钢在五金行业的定义和分类，与不锈钢行业的定义和分类有很大区别。五金行业一般都是按照国际上相关厂家的产品型号来定义铁素体不锈钢的，例如对于韩国和日本生产的4系列不锈钢称铁素体不锈钢(常使用的有409、430等牌号)，分类主要依赖于应用实践，按照性能来分类，这里面包括新的双相不锈钢品种。 不锈钢制品发展前景乐观 第一，汽车工业是当前发展最快的不锈钢应用领域。在发达国家，轿车、大客车、火车、地铁用车、高速铁路用车等已广泛采用不锈钢。汽车的车身、排气系统、油箱等越来越多地采用不锈钢，日本轿车

38、不锈钢用量已从平均每辆10千克增至30千克，美国已超过40千克。 第二，水的贮存、输送、交货、再生、海水淡化等水工业大量使用不锈钢。例如日本开发出的波纹管接头，使不锈钢输水管路的施工成本降低20，总成本降低3，维修成本降低34。 第三，建筑业是不锈钢应用最早的领域之一，在建筑装饰、不锈钢屋面、建筑结构等都大量采用不锈钢。 第四，在家电业中，不锈钢用量大的有自动洗衣机内筒、热水器内胆、微波炉内外壳体、冰箱内衬，并且多采用铁素体不锈钢。国内家电行业是不锈钢应用的潜在大市场。据估计，今后510年，我国家电行业不锈钢需求将达到10万15万吨。 第五，在环保工业中，工业废气、垃圾和污水处理装置需采用不锈

39、钢制造。 第六，工业设施也越来越多采用不锈钢。发达国家工业设施采用的不锈钢比例一般可到1520，化工、石化、化纤、造纸、食品、医药、能源(核电、火电、燃料电池)等领域都需要不锈钢。 此外，城市建设和城市美化也大量使用不锈钢。尤其是我国的大城市和沿海城市，使用不锈钢的数量甚至超过了欧美国家，如不锈钢旗杆、街道护栏、过街天桥、指示牌、垃圾桶、候车亭、交通指挥亭等有基本实现不锈钢化的趋势。 这些制品中除了一些有特殊用途的需要专项的不锈钢材料制作外，其他的绝大多数都可以采用铁素体不锈钢制作。例如五金行业现在已广泛使用铁素体不锈钢：燃气用具的热水器使用的不锈钢要求很强的抗应力腐蚀能力，日本开发的444牌

40、号铁素体不锈钢用于各种热水器效果很好；太阳能热水器，铁素体不锈钢也是最好的选择。家电行业广泛使用铁素体不锈钢：洗衣机内筒要求的耐蚀不锈性能很高，洗衣机为了消毒还要有一定的耐温能力(95摄氏度)和很好的强度，因此只能选用铁素体不锈钢(Crl7-430)；冰箱外壳也采用了铁素体不锈钢(430)。 总的来说，铁素体不锈钢制品的发展趋势应当是很乐观的。按人均不锈钢消费量，世界平均为3.7kg年，而我国仅有2.3kg年。不锈钢的消费强度一般为GDP的1.52倍。按此推算，结合人均消费，预计2005年我国不锈钢消费量将超过400万吨。如果按平均1.6万元吨计算，材料产值达到640亿元；按照加工系数为2.5

41、计算，不锈钢制品产值将达到1600亿元；如果考虑复合型产品产值的话，不锈钢制品产值保守估计也会超过2000亿元。2003年，五金制品行业的不锈钢用量是180万190万吨(按五金行业定义)，其中铁素体不锈钢用量是15万18万吨，随着市场的不断扩大和应用领域的扩展，2005年预计达到20万吨以上。 随着中国社会全面进入小康社会，中国的二三级市场将达到全面家用电器时代，铁素体不锈钢的用量将翻番。目前，国内家电业的国际竞争能力逐渐增强，像海尔、格兰士等企业已成为全球化的公司，将客观地拉动铁素体不锈钢的使用量。不锈钢制品在相关产业应用的扩展也将客观地带动铁素体不锈钢的使用量增长。如果能够正确的引导，铁素

42、体不锈钢应用于五金制品行业应当说前景很好，对于五金制品行业的发展也大有好处。7影响铁素体不锈钢应用的原因和问题 目前，我国不锈钢制品中铁素体不锈钢应用状况很不理想。其主要原因有： 第一，用户不认同。因为用户的排斥导致供应商的不选择，特别是不锈钢设备，很多用户拒绝接受304牌号以外的不锈钢材质。 第二，铁素体不锈钢的加工工艺滞后。用铁素体不锈钢做出的器皿较之奥氏体钢制作的器皿从光洁度和质感上都无法比较，其中原因就是没有研究专用的铁素体不锈钢成型加工工艺和设备。 第三，制造商对于不同配比的铁素体不锈钢材料的金属特性缺乏了解，也就无法大量应用。 第四，铁素体不锈钢在民用五金领域有一些局限性，如铁素体

43、不锈钢不可用于拉伸度大的产品。即使用于拉伸度大的产品，其光洁度也达不到标准，而且易裂，例如炊具和水槽都属于需要拉伸的产品。这也制约了铁素体不锈钢的应用。现在，医院用品中开始使用430牌号不锈钢制作的解剖台、消毒池等。 铁素体不锈钢应用于五金制品行业应当说前景很好，但进一步发展也存在一些问题。其问题有：我国缺乏相应的不锈钢制品国家标准，使铁素体不锈钢制品难以让用户认可；宏观政策的制定只是从行业管理角度出发，而从行业发展角度出发的程度不够；缺乏消费习惯的引导；工艺技术的发展和推广比较有限。现在，国家标准委员会已委托五金制品协会制定有关不锈钢制品的产品标准，不久将会出台。 作为五金制品行业，希望不锈

44、钢生产企业在提供新材料的同时，也要为不锈钢制品企业提供工艺技术的指导和支持；希望国家制定政策、媒体加强宣传，引导消费者认同铁素体不锈钢制品；不锈钢生产企业和制品企业多加强沟通、交流和合作，共同促进铁素体不锈钢的应用和推广。8铁素体不锈钢的开发与应用受到重视原因近几年铁素体不锈钢的开发与应用受到国内外的广泛重视，其主要原因是：(1)Ni资源严重短缺，Ni价格波动幅度较大，导致300系列不锈钢的生产成本大幅上升，而且原材料供应没有保证；(2)随着生产设备和技术进步，可以生产出性能优异的铁素体不锈钢，替代300系列的一些品种；(3)含Ni不锈钢对人体有一定危害，如对皮肤有过敏反应等。超纯铁素体不锈钢

45、冶炼工艺极低的C、N含量是超纯铁素体不锈钢最显著的特征，而深度脱碳和脱氮也成为超纯铁素体不锈钢冶炼的核心技术所在。目前，国内外许多学者认为超纯铁素体不锈钢的冶炼要采用电弧炉+(AOD、K-OBM、MRP)脱碳+(VOD、SSVOD、VODPB、RHOB、RHKTB)真空精炼三步法工艺。因为两步法(初炼炉+二次精炼)中的AOD在大气压下冶炼，存在着低碳范围内的脱碳问题，不利于经济地生产超低碳氮不锈钢。但是太钢曾用两步法(AOD)冶炼铁素体不锈钢，其中C、N含量的情况见表1。表1AOD冶炼超纯铁素体不锈钢中的C、N含量/10-6元素11%13%Cr钢16%18%Cr钢典型最好典型最好C703070

46、10050N801106010013070国内外三步法冶炼超纯铁素体不锈钢的工艺路线中，VOD及其延伸工艺如SSVOD、VODPB，给AOD加上真空功能的VCR等精炼设备，在超纯铁素体不锈钢的冶炼过程中发挥着重要作用。不论设备上是采用真空、强搅拌、还是喷吹氧化剂，它们都是通过改善低碳区脱碳的动力学条件，在深脱碳的同时促进脱氮的进行。SSVOD法是在吹炼的第1阶段进行通常的VOD操作，在C0.01%的第2阶段提高真空度，吹氩进行强搅拌促进脱碳和脱氮的方法。传统VOD法的降碳、氮效果均以0.005%(甚至0.01%)为界，而SSVOD法采用多个包底透气砖或者是24mm不锈钢管吹氩，氩气流量可由40

47、150L/min增大到12002700L/min。日本川崎西宫厂用50tSSVOD设备精炼17%Cr铁素体不锈钢时，底吹氩流量达1000L/min(常规VOD为100300L/min)，生产出了C+N10010-6的超高纯铁素体不锈钢。VODPB法是日本住友金属公司开发的，是在真空精炼过程中利用喷枪向钢水表面喷吹铁矿石、锰矿石等氧化剂，可在高碳区促进脱氮反应，在低碳区促进脱碳。用此法冶炼19%Cr和29%Cr铁素体不锈钢时，钢中C+N分别达到3710-6、6010-6。VCR(VacuumConverterRefiner)法是基于AOD法在大气压下深脱碳受到限制而发展起来的，1991年日本大同

48、特殊钢公司利用AODVCR工艺生产了13%Cr和20%Cr铁素体不锈钢，钢中氮含量可分别达到(2040)10-6和(7090)10-6的极低水平。该工艺的实质就是给AOD精炼炉加上真空设备。它充分利用AOD的强搅拌和VCR的真空技术，在低碳范围内改善脱碳效率。在精炼过程中，当C0.10%时，通常与AOD法相同，利用稀释气体(Ar或N2)进行脱碳；当C0.10%时，利用真空进行脱碳，真空度在(1050)133Pa。实际操作表明：低碳区的表观脱碳速度常数，VCR法是AOD法的2倍，况且用VCR法不需要高真空度，在较短的时间内(一般处理时间为1020min)，能够使终点碳达到较低值。综合比较这3种精

49、炼法的效果见表2。在VOD冶炼结束时，N有相当大的回升。所以，除了加强深脱碳、脱氮外，还要强调密封，防止吸N2。表2不同精炼工艺冶炼超纯铁素体不锈钢中C、N含量和主要效果工艺主要效果高纯化水平(18Cr)/10-6能力成本纯度CNC+NVODSS VOD205070VOD PB324880AODVCR20608080100现代铁素体不锈钢，尤其是超纯铁素体不锈钢，由于具有合金含量低，耐氯化物应力腐蚀性好等优点，是节镍钢种的理想选择。我国生产的不锈钢以奥氏体系列为主，铁素体系列产量很低，而且品种结构单一，主要是430系列，应大力发展铁素体系列不锈钢。高真空、强搅拌和喷吹氧化剂是超纯铁素体不锈钢冶炼的有效措施。4 结语(1)铁素体不锈钢具有独特的使用性能(耐局部腐蚀和高屈服强度)和显著的经济性，成为材料工作者关注的热点。(2)铁索体不锈钢存在严重的局限性，即脆性倾向，成为该类钢发展的难点和关键。(3)随着现代冶金技术的发展，使得克服上述局限性成为可能。其途径有：一是