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日本A系奧氏體不銹鋼(SUS304、301、304J1)和高純凈F系鐵素體不銹鋼(SUS430LX、SUS430J1L、SUS436L、SUS444、SUS445J1、SUS445J2、SUSFF7J1)
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時(shí)間：2013-09-26
?不銹鋼耐蝕性優(yōu)良，其化學(xué)性質(zhì)由合金組分決定。然而，為了充分發(fā)揮合金的特性，需實(shí)現(xiàn)材料組織的最佳化。不銹鋼的力學(xué)性能也優(yōu)良，為了使之具有與其它鋼鐵材料同樣的強(qiáng)度、韌性和加工性能，也需要實(shí)現(xiàn)最佳的材料組織控制。
????1不銹鋼的組織、材質(zhì)控制和新鋼種開發(fā)
????1．1??A（奧氏體）系不銹鋼(SUS304、301、304J1)
????SUS304具有耐蝕、耐熱、加工性能均衡的優(yōu)良特性，但因其含碳0．05％左右，當(dāng)其從A單相區(qū)域緩冷時(shí)易在晶界析出Cr23C6等含Cr的碳化物，從而在晶界附近基體中造成貧Cr現(xiàn)象，即產(chǎn)生晶間腐蝕，故使用此鋼時(shí)須注意參考敏化曲線的受熱過(guò)程。為了提高此鋼的晶間腐蝕抗力，開發(fā)生產(chǎn)了降C的SUS304L和加Mo的SUS316。
????SUS304的力學(xué)性能優(yōu)良，特別是延伸率和加工硬化指數(shù)(n值)大、凸肚成形性好。SUS304和SUS301是亞穩(wěn)定A系不銹鋼，因A易產(chǎn)生形變感應(yīng)相變而變?yōu)镸（馬氏體），從而能抑制縮頸等局部變形，顯示了能獲得高延伸性的相變感應(yīng)塑性(簡(jiǎn)稱TRIP)。形變感應(yīng)M對(duì)鋼的高強(qiáng)度化有效。含Ni量比SUS304更少、A不穩(wěn)定的SUS301因易生成形變感應(yīng)M，故易獲得高強(qiáng)度。最近，兼顧了強(qiáng)度和耐蝕性而按最佳成分設(shè)計(jì)的SUS301L鋼大量用于車輛制造。
????設(shè)計(jì)加工性能優(yōu)良的不銹鋼材料，須根據(jù)不同加工形式進(jìn)行材料組織控制。凸肚成形性可以用上述的TRIP工藝進(jìn)行改善。反之，材料的深沖性和延伸凸緣性則易因形變感應(yīng)M生成量多而下降，特別是在多段深沖時(shí)，凸緣部的硬化會(huì)強(qiáng)烈阻礙下道工序的深沖加工性。例如材料經(jīng)多段深沖后再進(jìn)行施壓時(shí)，基體的軟質(zhì)化對(duì)抑制深沖的加工硬化和季節(jié)性開裂是極為重要的。為了滿足上述的材料特性要求，開發(fā)的代表性成分為17Cr－8Ni－2．7Cu－2．7Mn－L（C，N）的不銹鋼板，除屈服點(diǎn)低之外，還調(diào)整了形變感應(yīng)M的生成和A的加工硬化，因而具有超軟質(zhì)的加工性。另外，開發(fā)的冷軋鋼板的擴(kuò)孔性比SUS304鋼冷軋板高出1倍，其季節(jié)性開裂極限深沖比大、成形度高。
????上述開發(fā)的材料設(shè)計(jì)思路是為了降低鋼的屈服強(qiáng)度，通過(guò)改進(jìn)鋼的精煉技術(shù)而降低了導(dǎo)致固溶強(qiáng)化的C、N含量，這就比一般SUS304(8Ni)更能抑制加工感應(yīng)M的生成，從而使開發(fā)的鋼具有與18Cr－9Ni鋼同等的A穩(wěn)定性。另外，為了調(diào)整A本身的加工硬化而實(shí)現(xiàn)了加入鋼中的Ni、Mn、Cu量的最佳化；最大限度改善鋼的二次加工性，實(shí)現(xiàn)了由加工感應(yīng)M引起的TRIP和A本身加工硬化相結(jié)合工藝的最佳化。
????1．2??高純度F（鐵素體）系不銹鋼(SUS430LX、444等)
????高純凈化精煉技術(shù)的進(jìn)步，大幅度且經(jīng)濟(jì)地降低了不銹鋼的C含量，從而推進(jìn)了可改進(jìn)耐蝕性、加工性、焊接性的高純度F系不銹鋼的開發(fā)。近年日本各廠家開發(fā)的這類鋼的代表性鋼種共有9個(gè)，其中有7個(gè)(SUS430LX、430J1L、436L、444、445J1、445J2、FF7J1)鋼種納入了日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，另有2個(gè)(17～19Cr－0．5Mo和17Cr－1．5Mo)為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這類鋼的特點(diǎn)是除了低(C＋N)化之外，還向鋼中加入了Ti和Nb進(jìn)行穩(wěn)定化；為了提高鋼的耐蝕性，在加入Cr的同時(shí)，還加入適量的Mo和Cu元素。
????(1)耐蝕性的改善
????從鋼的點(diǎn)蝕電位和間隙腐蝕臨界電位與鋼中Cr、Mo含量之間的關(guān)系可知，高純度F系不銹鋼的耐蝕性基本上可用Cr和Mo的足夠含量確保。然而，較之A系鋼，因F系鋼的C、N固溶度很小，C、N化物量在晶界析出，從而降低了鋼的耐晶間腐蝕性。故此類鋼既要降低C、N，又須加入Ti、Nb穩(wěn)定化元素，只有這樣才能確保鋼有充分的耐晶間腐蝕性能。
????(2)力學(xué)性能的提高
????此類鋼因含有較高的Cr以及Mo、Cu等合金元素，故其延伸性比低碳鋼差。為了改善其延伸性，除為了確保耐蝕性而加入最低限度的合金元素之外，須盡可能減少鋼中的雜質(zhì)元素而實(shí)現(xiàn)鋼質(zhì)的高純凈化，如盡可能降低P含量、減少過(guò)剩的Ti量、并控制Si含量等都能改善鋼的延伸性。提高這類鋼的r值(塑性應(yīng)變比)的方法與無(wú)間隙原子鋼是相似的：為了在最終制品上促進(jìn)狖111狚＜112＞方位的發(fā)達(dá)，須在冷軋前盡可能降低鋼中固溶的C、N。為此，須在鋼液精煉中降低C、N至極限值，并添加Ti、Nb以凈化鋼質(zhì)，而且，不宜用森吉米爾式多輥軋機(jī)冷軋，而是應(yīng)以大直徑軋輥的串列式冷軋機(jī)軋制，以促進(jìn)r值高的織構(gòu)生成而實(shí)現(xiàn)材料的高r值化，使之能用作汽車廢氣排出系統(tǒng)的功能性材料。
????(3)既提高加工性又減少凹陷缺陷
????F系不銹鋼在沖壓成形時(shí)易產(chǎn)生被稱作凹陷的凹凸不平缺陷，這不僅有損美觀，還增大了精整工作量。一般將這類鋼高純凈化時(shí)，這類缺陷之所以增大的原因是高純凈化導(dǎo)致連鑄板坯鑄態(tài)組織晶粒粗大化，造成在熱軋過(guò)程中狖100狚＜011＞方位晶粒集中(以下簡(jiǎn)稱為colony聚集組織，即珠光體中片狀F和滲碳體相互重疊的部分)之故。因此，為了既能獲得高純凈化改善加工性的好處而又能減輕凹陷缺陷，在開發(fā)高加工性F系不銹鋼(超低C，N－17Cr－Ti－Mg)時(shí)，采用了以下的材料設(shè)計(jì)方案。
????本次開發(fā)鋼是以17Cr鋼為基礎(chǔ)，兼具最高水平的加工性并能減輕沖壓凹陷的F系不銹鋼。為了獲得17Cr鋼中最高水平的加工延伸性，須在精煉工序中徹底降低鋼中雜質(zhì)元素，并控制穩(wěn)定化元素Ti的加入量在最低限度，即確保無(wú)多余的Ti來(lái)降低鋼的延伸性。為提高r值，采用新的不銹鋼精煉工藝SUS－REDA，最大限度降低了鋼中的C、N含量。穩(wěn)定化元素之所以選擇Ti，是因其提高r值效果大而強(qiáng)度增加小。
????在鋼的高純凈化同時(shí)，連鑄板坯鑄態(tài)組織中粗大柱狀晶發(fā)達(dá)，從而形成了上述colony聚集組織。雖然再結(jié)晶對(duì)截?cái)嘣摻M織是有效的，但一次再結(jié)晶的截?cái)嘈Ч怀浞郑薯毞磸?fù)進(jìn)行二次以上的再結(jié)晶。
????因高純凈F系不銹鋼的再結(jié)晶核主要在晶界上，故為了高效獲得再結(jié)晶組織，須細(xì)化鑄態(tài)低倍組織。為此，在鑄造時(shí)利用鋼中氧化物促進(jìn)異質(zhì)(即非均質(zhì))晶核的生成，從而截?cái)嗔酥鶢罹У纳L(zhǎng)，細(xì)化了凝固組織，為在熱軋中獲得一次完全再結(jié)晶創(chuàng)造了條件。另外，由于在氧化物＋TiN上C、N化物和C、S化物的復(fù)合析出而凝聚，也可防止能抑制熱軋板退火時(shí)再結(jié)晶的細(xì)小析出物，從而能獲得兼具高r值和低凹陷缺陷的再結(jié)晶組織。通過(guò)熱軋過(guò)程中的再結(jié)晶并利用熱軋板退火時(shí)的再結(jié)晶，無(wú)須增加工序就可截?cái)郼olony聚集組織。而且，上述復(fù)合析出物的存在，也能有效促進(jìn)冷軋后最終退火時(shí)晶粒的生長(zhǎng)，確保了延伸性和高r值化。利用以上所述氧化物進(jìn)行的凝固、析出控制，使得凝固組織細(xì)化、以及結(jié)構(gòu)、晶粒直徑控制變得容易了，從而建立了兼具高加工性和低凹陷的合理制造工藝。較之原來(lái)鋼SUS430，新開發(fā)鋼的加工性能和產(chǎn)品質(zhì)量都明顯提高。
????2結(jié)語(yǔ)
????不銹鋼雖然耐蝕性、力學(xué)性能優(yōu)良，但為了充分利用其優(yōu)點(diǎn)，選擇加入鋼中的合金元素對(duì)于材料組織控制特別重要。本文概要介紹了日本廣泛應(yīng)用的A系和高純凈F系不銹鋼的材料組織控制技術(shù)，以及利用該技術(shù)開發(fā)的超軟質(zhì)A系和高加工F系不銹鋼的材料設(shè)計(jì)方案、生產(chǎn)工藝。對(duì)于不銹鋼的生產(chǎn)者和使用者具有參考價(jià)值。
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