特点,是汽车排气系统等零部件首选的材料。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、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11~15%)和中铬(含16~20%)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3/4。
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5~10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15%~20%,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1.5~2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1 AOD冶炼超纯铁素体不锈钢中的C、N含量/10-6 元素 C N 11%~13%Cr钢 典型 最好 70 30 80~110 60 16%~18%Cr钢 典型 最好 70~100 50 100~130 70 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[C]≤0.01%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Φ2~4mm不锈钢管吹氩,氩气流量可由40~150L/min增大到1200~2700L/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100~300L/min),生产出了[C+N]≤100×10-6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37×10-6、60×10-6。 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(20~40)×10-6和(70~90)×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[C]≥0.10%时,通常与AOD法相同,利用稀释气体(Ar或N2)进行脱碳;当[C]≤0.10%时,利用真空进行脱碳,真空度在(10~50)×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10~20min),能够使终点碳达到较低值。 综合比较这3种精炼法的效果见表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 VOD AOD SS VOD VOD PB VCR 能力 ○ 主要效果 成本 ○ 纯度 ○ ○ ○ 高纯化水平(18Cr)/10-6 [C] [N] [C+N] ≤20 ≤50 ≤70 32 20 48 80 60~80 80~100 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

