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12%Cr铁素体不锈钢的发展

作者: | 发布时间: 2021-04-01 | 次浏览

铁素体不锈钢材料 不锈钢是一类以铁一铬,铁-铬-碳和铁-铬-镍为合金系的高合金钢,是一种重要的工程材料,被广泛应用于各种工业和环境的结构中。不锈钢材料经常被用于腐蚀环境下,Cr元素含量充足时(Cr的质量分数高于10.5%)可以在钢的表面产生...

铁素体不锈钢材料

不锈钢是一类以铁一铬,铁--碳和铁--镍为合金系的高合金钢,是一种重要的工程材料,被广泛应用于各种工业和环境的结构中。不锈钢材料经常被用于腐蚀环境下,Cr元素含量充足时(Cr的质量分数高于10.5%)可以在钢的表面产生一种惰性氧化物层,这种惰性氧化物层可以保护钢材表面以下的的金属层在不含腐蚀介质的空气中不会造成腐蚀和氧化的现象。不锈钢以其所含主导相的不同来分类,可以分为铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢。铁素体不锈钢的主导相为铁素体相,在高温状态和室温条件下的结构均属体心立方晶体结构,其含Cr量为11~30%,可细分为低铬型wCr=11~16%、中铬型wCr=16~25%、高铬型wCr=23~30%三类。在一些对耐腐蚀性能要求不高的环境下,可使用低铬级别的铁素体不锈钢,而中铬和高铬级别的钢用于腐蚀性较强的环境中。

从铁素体不锈钢的总体成分看,其多年来的演变可分为三代。早期的第一代主要含有较高碳含量的的中铬型钢,这类钢不是100%的铁素体,而是在凝固中及随后冷却时或者是加热到高温时形成的一些奥氏体,在冷却到室温时会转变成马氏体。为了在铁素体组织中生成马氏体改进其焊接性,又开发了第二代铁素体不锈钢,其中碳含量较低,经常含有一些起稳定作用的元素(NbTi),这些元素把碳和氮结合掉,从而增进铁素体的稳定性。第三代铁素体不锈钢中具有铬含量较高、间隙原子(如CN)含量较低以及夹杂物较少的特点。这类钢经常为特殊用途开发并有不同的商业牌号。这种高纯度的不锈钢具有优异的耐腐蚀性能和中等的韧度和延性。

12%Cr铁素体不锈钢的发展现状

12%Cr铁素体不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和机械性能,被广泛应用于车辆结构、管道传输和化工领域,与铬含量较高的铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢来比较,其价格更为低廉。全球各个国家的不锈钢生产商相继开发了多种应用于车辆、采矿设备等相关工业领域的12%Cr铁素体不锈钢,主要牌号包括:中国的TCS345T4003,南非哥伦布公司的3CR12NirostaNirosta4003,美国AK steel41003409NiSandvk5Cr12TiJEF生产的410RW等。

1TCS345铁素体不锈钢

TCS345不锈钢是为铁路货车研制的一种特殊经济型铁素体不锈钢,TCS345不锈钢相比于一般不锈钢钢材价格低廉,具有普通耐候钢10倍以上的高耐蚀性,因此受到铁路工作环境的青睐,其化学成分如表1-1所示。TCS345铁素体不锈钢具有优异的焊接性,其焊接热影响粗晶区由铁素体组织、低碳板条马氏体组织以及碳、氮的杂质化合物组成,夹杂物含量水平较低,其中铁素体晶粒尺寸和马氏体含量严重制约着焊接热影响区的力学性能。传统铁素体不锈钢在进行焊接处理时,热影响区晶粒粗化现象较为显著,造成强度和塑韧性严重降低等缺陷,TCS345不锈钢在焊接高温状态下存在焊接热影响相变区,能够适当程度缓解以上不足,同时也能够满足铁路行业用钢对钢种制造性能的严苛要求。

23CR12铁素体不锈钢

南非哥伦布不锈钢公司研制了3CR12铁素体不锈钢,代替了镀锌钢、低合金钢等材料,表1-2为该钢种3CR12铁素体不锈钢的化学成分。表格显示3CR12不锈钢的铬Cr含量约为11.0~12.0%,处于最低水平。虽然铬含量较低,但该钢种仍具有非常好的耐腐蚀性能,约为未镀层低碳钢的250倍左右,优于1Cr123Crl3等马氏体不锈钢。该钢种碳和氮的含量均低于0.03%,是典型的低碳含量低铬含量的铁素体不锈钢。超低的含碳、含氮量也大幅度降低了不锈钢材料中碳氮化物的危害,改善了焊接性能。

3Nirosta4003型铁素体不锈钢

Nirosta公司开发的Nirosta4003铁素体不锈钢,Cr含量约为11~12%,其化学成分如表1-3所示。该钢种成形性能良好,较适用于弯曲、压弯和冲深工艺,静态和动态强度高,且具有良好的焊接性能。采用普通焊接工艺将该钢种和成分相同的焊材或奥氏体钢焊材进行焊接,其TiMn含量高,在焊接过程中容易和CNO杂质元素形成化合物,有利于细化晶粒,从而改善焊接热影响区的力学性能和耐腐蚀性能。此外,耐磨性和耐腐蚀性较好,可在中等腐蚀条件且伴有磨损存在的条件下使用,已广泛应用于铁路交通的动力装置、化工设备、运输和农业设备。