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铁素体不锈钢的发展与应用 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 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 铁素体不锈钢的发展优势及劣势 1.1 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130％～150％，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60％～70％，非常适用于热胀、冷缩，有热循环的使用条件。 1.2 铁素体不锈钢的发展劣势 铁素体不锈钢是一种节镍钢，强度高，冷加工硬化倾向较低，导热系数为奥氏体不锈钢的130％～150％，线膨胀系数仅为Cr—Ni奥氏体不锈钢的60％～70％。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。 1．2．1 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15％～18％时更为明显。钢的缺口敏感性，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。 1．2．2 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度，低的终轧温度和高的退火温度等。 最近，Hyung—Joon 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。Jun—ichi HAMADA[6]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。 2 铁素体不锈钢的合金化 2.1 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)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