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开发廉价204Cu不锈钢代替304不锈钢 304和204次Cu不锈钢在20世纪才进入合金钢这个古老系列中。大约在1910年，在铁铬合金中添加镍，发明了奥氏体钢，通用的18-8型奥氏体钢成分含18%铬和8%镍。这种奥氏体钢除具有良好的延展性、韧性和无磁外，还具有在酸性介质中耐腐蚀的特性。 目前18-8型奥氏体钢已形成了一个完整的系列，美国钢铁协会颁布的牌号有300多个。18-8型最具有代表性的牌号是304，其他牌号是304成分为基础上，为改进某种性能，如力学性能、焊接性能、耐腐性能和成型性而开发的，关键元素是对钢的性能影响如图1所示。如加硫改进的切削性能、降低碳改进焊接性能、加钼改进耐蚀性能、加铜改进冷成型性。 到1930年因镍资源匮乏，德国人研究成功以锰和氮代替部分镍。朝鲜战争期间，美国人因为同样的原因，经深入研究，开发出一系列高锰奥氏体不锈钢，即200系列不锈钢。韩鲜战争后一段时期，200系列钢一度陷入困难境地，人们对它能否代替300系列生产怀疑，直到1970年市场才发生重大变化。关键原因是：尽管200系列材料成本比300系列低，但抗拉强度高。随着304带材和丝材的用量迅速猛增，其加工成本低的优势在一定程度上弥补了材料成本偏高的弱点。而200系列钢由于冷加工硬化率高，加工成本居高难下。新开发的204Cu钢在200系列和300系列之间架起桥梁，填补了两者之间的空白。与304相比，204Cu由于镍含量低，材料成本低，由于加工硬化相近，加工成本也相近。同时204Cu成型性比304好，退火后强度高于304，这些特性对某些使用304钢的行业很有吸引力。 1、204Cu实验室研制 实验方案是以低镍奥氏体不锈钢——改型201为基础开发研究的，表1列出改型201和304常规成分，比较两者成分可以看出：改型201的碳、锰、氮的含量较高，而铬镍量较低，尽管改型201和304两者成分有很大差别，但从舍菲尔（schaeffler）组织结构图上可以看出，两者成分当量基本相同。 表1 304及其试验用基础合金的化学成分/% 牌号 C Mn Si Cr Ni Mo Cu N Fe 改型201 0.09 7.8 0.6 16.5 2.5 0.2 0.2 0.2 其余 304 0.06 1.7 0.6 18.5 8.5 0.2 0.2 0.05 其余  新试验钢是基础钢加1%、2%和3%的铜。 舍菲尔组织结构图原先用来判定不锈钢焊接后的铸态相组织，特别是铁素体的含量。现在依斯皮（espy）对这个图做一些改进，并用于200系列钢的研制和开发。在这个图上，元素被分为铬当量和镍当量两种。铁素体形成元素分在铬当量中，奥氏体形成元素分在镍当量中。合金的金相组织取决于铬当量和镍当量平衡状况。304和改型201在组织结构图上都处于黑色矩形框位置，两者具有相近的铸态铁素体含量，可铸造性和焊接性能也基本相当。对于丝材产品，由于热加工过程的扩散作用，钢中铁素体含量一般都有所减少。 生产试验证明：204cu可以按304工艺路线拉拔出成品钢丝，因为204cu镍的含量较低（仅为6%），其最终生产成本比304低。镍的价格按3美元/磅计算，每磅204cu可节约材料成本约10美元分。如果镍的价格按4.5美元/磅计算，材料节约费用更多。3美元/磅到4.5美元磅是近4年来镍价正常波动的范围。 表2 性能对比数据 钢号 屈服强度σ0.2/ksi 抗拉强度σb/ksi 盐雾试验 冷镦试验零件裂纹率/% 304 38 91 无腐蚀 37、35、40（平均37） 204cu 53 104 无锈蚀 3、1、2（平均2） 改型201 69 129 40%-60%锈蚀 72、93、68（美元78）  注：在冷锻机上将头部镦扁（厚0.093英寸，2.36mm），镦到钢丝直径的1/3.5。 开发方案的另一项内容是比较204cu与304的变形能力和耐蚀性能。将340fq（高镍）、改型201和204cu三个钢号的热轧退火5.6mm的盘条，拉拔成3.53mm的钢丝，再进行成品退火，并对三种钢丝进行抗拉强度、冷顶锻和盐雾腐蚀试验，试验结果如表2。其中，改型201退火钢丝抗拉强度最高，204cu次之，304最低。冷顶锻试验是用来比较三种钢的变形能力的，选用制作紧固件的模锻机，经两个道次顶锻成形，如图8所示。每钢号都顶锻出数百个零件，检验这些零件的裂纹状况，裂纹百分比小的，冷变形能力较好。结果显示：改型201冷顶锻裂纹率最高，变形能力最差。204cu制作的零件裂纹率远低于成形能力较好的304，裂纹率之比为2:37。上述结果出乎意料，但充分证明204cu是介于300系列和200系列之间，具有较高变形能力的奥氏体不锈钢。盐雾试验是将试样存放在95℃，气氛中含有5%nacl的密封室内，存放时间为96小