无锡不锈钢板的材料组织控制
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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我国现已成为世界上产量最大的无锡不锈钢生产国，但由大变强还应该学习国际经验，在提高产品质量和扩大品种方面进行技术研发。特别是无锡不锈钢作为耐蚀性强的钢种，其化学性质本由合金成分来决定，但为充分发挥合金本来具有的特性，需以材料组织的最佳化为前提。同时，无锡不锈钢还是机械性能优良的材料，为和其它钢铁材料具有同样的强度、加工性和韧性等必要的特性，亦需要最佳的材料组织控制。为此，根据日刊资料介绍点相关情况，以供参考。
1 按材料组织对无锡不锈钢分类
由于无锡不锈钢的特性和其材料组织有密切的关系，故通常按组织分类为各系。如日常用的大宗产品，有由SUS304所代表的奥氏体系不锈钢和以SUS430和高纯铁系体系组成的铁素体不锈钢，以及由SUS420J1所代表的淬火硬化能高的马氏体系不锈钢等，其它特殊品种还有双相不锈钢和析出强化系不锈钢等。若从主要组成元素看，则奥氏体系不锈钢、双相不锈钢和析出硬化系不锈钢可分别称为Ni－Cr系或Ni系不锈钢；而铁素体系不锈钢和马氏体系不锈钢则称为双相不锈钢Cr系不锈钢。
2 无锡不锈钢的组织、材质控制和新钢种开发
(1) 奥氏体系不锈钢（SUS304、SUS301和SUS304JI）
SUS304具有耐蚀性、耐热性和加工性俱优的特性。由和它对应的Fe－Cr－8%Ni合金的平衡状态图得知，其初晶为铁素体，但18%Cr的SUS304的凝固状态却采取了称之为FA的模式，即先以铁素体致易脆化，但铁素体则由于对S的固溶度大致发挥了固S的作用，其结果可使奥氏体的结晶粒界得以清净而强化。在无锡不锈钢板的生产工序，一般多采取在连铸时残留部分铁素体而在热轧加热时可固溶化为奥氏体单相的原则调整成分。
SUS309的钢板在冷轧后实施固溶化热处理以形成奥氏体单相组织下使用。但SUS304因含有0.05%的C，因此在由奥氏体单相温度区缓冷时将有Cr23C6等含Cr碳化物在晶界析出，使晶界附近的组织中Cr不足而产生粒界腐蚀现象，亦即产生敏感化，从而在使用SUS304时应注意参考敏感化曲线（TTS曲线）进行加热，以防止出现意外损坏。还可在必要时改用SUS304粒界腐蚀阻抗强化的钢种，如减少C的SUS304L和增加Mo的SUS316等钢种。
SUS304的机械性能亦优，特别是延伸性和加工硬化指数n值大，致外延加工性优。SUS304和SUS301被称为冷稳定奥氏体无锡不锈钢，加工时则产生奥氏体变态为马氏体的加工诱发变态，通过电子显微镜观察图象得知，由于伴随加工所施加的应力助长了马氏体变态所需的剪断变形，致使变态的驱动力加大而形成加工诱发马氏体变态的。由于它的形成致使缩颈等局部变形受到抑制而得到高延伸性的变态诱发塑性（TRIP）。
(2) 高纯度铁素体系不锈钢（SUS430LX、SUS444等）
由于高纯度精炼技术的进步，典型的夹杂元素碳得以大幅下降，使耐蚀性、加工性和焊接性等均得以改善的高纯度铁素体系不锈钢陆续开发成功。
高纯度铁素体系不锈钢的特点为：在低（C＋N）化的同时加入Ti或Nb以稳定化，为稳定腐蚀环境而加入合适的Cr，并同时加入必要的Mo或Cu以提高耐蚀性，简述如下：
提高耐蚀性
孔蚀电位及间隙腐蚀临界电位和Cr、Mo含量的关系重大，高纯度铁素体系不锈钢的耐蚀性基本上靠Cr、Mo含量来保证。但是，由于铁素体系无锡不锈钢和奥氏体系不锈钢相比，其固溶C、N的极限很小致使碳化物、氮化物易在结晶粒界析出而成为耐粒界腐蚀性降低的原因。从而高纯度铁素体系不锈钢不仅要降低C、N含量，还需加入称为稳定化元素的Ti、Nb以确保耐粒界腐蚀性。如21Cr－1Mo钢将（C＋N）抑制在＜0.01%或在0.02%以下时加入0.2%以上的Nb均可保证良好的耐粒界腐蚀性。
（b）提高机械性能
高纯度铁素体系不锈钢的主要合金成分为Cr加上适量的耐蚀性元素，由于此类合金元素的固溶强化致使它的延伸性比软钢还低。从而为确保其延伸性提高，除将合金元素控制在确保耐蚀性的最低限外，对其它杂质元素应尽量降低以力求高纯度化。经对极低C、N－17Cr钢延伸性有影响的Si、P、Ti的含量试验分析结果得知，当（0.9Si＋8.6P＋2Ti）%由0.8%降低到0.2%时，延伸率则由34%提高到40%以上。由此可知，降低C、N含量有利于稳定化元素Ti的降低，由此，便可对抑制延伸性下降作出贡献。
（c）高加工性提高表面质量
铁素体系无锡不锈钢成型加工后易产生表面凹凸现象，不仅影响表面美观，且加大了加工后表面研磨工序的工作负荷。一般铁素体系不锈钢高纯度化后则表面凹凸亦加大，其原因为由于高纯度化使板坯的铸造组织粗大化，在热轧过程中易成为表面缺陷形成原因的{100}＜011＞方向粒集中生成（以下简称“群体”），从而在通过高纯度提高加工性的同时必须开发降低表面缺陷的生产技术。从这一观点出发，对开发成功的高加工性铁素体系不锈钢（极低C、N－17Cr－Ti－Mg）的材料设计思路简介如下。
3 小结
无锡不锈钢为耐蚀性和机械性能均优的材料，为发挥其固有的优势需选用加入合金的种类、数量以控制其材料组织。本文以代表性钢种SUS304和SUS430LX等作为通用的奥氏体系和铁素体系不锈钢为例，对如何进行组织控制作了简介。此外，并对最近利用材料组织控制技术开发成功的极软质奥氏体系不锈钢和高加工性铁素体系不锈钢的材料设计作了介绍，以供大家了解和参考。