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不銹鋼的新研究進展系統論述
2017年06月12日 15:22 溫州俊企不銹鋼有限公司
導讀:
不銹鋼是一類重要的鋼材,它們通常在腐蝕性環境中使用,發揮其出色的耐蝕性,從本期開始連續刊載不銹鋼的最新進展 ,內容來自一篇文章綜述,由金屬材料科學與技術微信公眾平臺獨家編譯,希望對讀者有幫助,并帶您走進不銹鋼的世界,今天介紹第一輯:不銹鋼的分類與消費現狀。
不銹鋼的起源和不銹鋼的一般分類
毫無疑問,不銹鋼是一類重要的合金。它們的重要性體現在依賴于它們的全面應用。
從低端應用,如炊具和家具,到非常復雜的應用,如太空飛船,不銹鋼的使用總是不可或缺的。事實上,在我們的日常生活中不銹鋼無所不在,使得我們很難一一列舉它們的應用。

不銹鋼餐具
術語“鋼”意指用鐵構成的材料主體,而形容詞“不銹鋼”的使用,意味著在“正常”鋼易受環境影響的污染、生銹或腐蝕環境中(例如,相對純的、干燥的空氣)可以正常服役的鋼。
為了賦予鋼的“不銹特性”,鉻必須加入至少約11wt.%。在這種Cr水平下,在相對良性的環境中可在鋼表面上形成粘附的自愈合氧化鉻。

然而,為了防止在更惡劣的環境(例如在潮濕氣候或污染的環境中)或在諸如碳的元素的存在下防止點蝕和生銹,必須添加更高的Cr含量。雖然Fe-Cr系統形成基礎,但除了Cr之外,現代不銹鋼還包含許多其它合金元素,其存在增強了特定的性能。

奧氏體不銹鋼微觀組織
添加Mo以增強對點蝕的抵抗力,并且添加Ni用于獲得奧氏體。對于某些等級,例如超級超導和超穩定性,含有大量這些合金元素的情況并不罕見。
當大量添加Cr和Ni的含量時,所得到的合金被稱為耐熱合金。雖然在不銹鋼中可能存在一些雜質合金元素,但是它們的總含量通常保持在鐵含量以下,將所得合金保持為鋼。
不銹鋼中存在三種主要類型的微結構,即鐵素體、奧氏體和馬氏體。這些微結構可以通過適當調節鋼的化學性質來獲得。
在這三個主要微觀結構中,不銹鋼可以分為幾個主要類別:(1)鐵素體不銹鋼,(2)奧氏體不銹鋼,(3)馬氏體不銹鋼,(4)雙相不銹鋼,(5)沉淀硬化不銹鋼和(6)Mn-N取代的奧氏體不銹鋼。

雙相不銹鋼微觀組織
不同類別的不銹鋼具有不同的性質。例如,完全奧氏體不銹鋼是非磁性的,但它們的馬氏體和鐵素體對應物具有鐵磁性。
各種不銹鋼的不同性質已經被廣泛研究了很長時間,因此在文獻中有非常詳細地記載。關于不銹鋼的早期手冊,其中包含一系列信息性文章,是這個主題的一個很好的信息來源。

全球不銹鋼生產和消費現狀

如上所述,不銹鋼的使用非常廣泛。不銹鋼的重要性可以通過觀察一些主要經濟體的生產和消費量來了解(表1)。這些數字顯示,在上世紀90年代,不銹鋼的消費每年都有上升趨勢。
表1 主要經濟體的不銹鋼消費
雖然表1顯示了上個世紀的趨勢,表2給出了自2000年以來主要大陸的更新數據。表2清楚地表明,不銹鋼和耐熱鋼的生產噸數不斷上升。表2顯示,亞洲的經濟正在快速膨脹,占全世界不銹鋼的很大一部分。

表2 2001至2007年不銹鋼和耐熱粗鋼產量
在亞洲國家中,中國生產的噸位特別高。例如,中國已超過日本作為世界上不銹鋼的主要生產國,2006年人均消費量超過4.6公斤。

不銹鋼中的沉淀物
不可避免地,在高溫下使用大量不銹鋼部件。在高溫暴露時,各種類型的不銹鋼中可能沉淀出許多相,并且它們的沉淀對性能具有深遠的影響。
這些相中的一些,如M23C6碳化物,可能是所有類別的共同特點,但其中一些不是。例如,富鉻的BCC鐵氧體(通常表示為ɑ′Cr)僅屬于鐵素體和馬氏體類(和雙相類的鐵素體相)。Hagg碳化物M5C2通常僅在碳含量達到非常高的水平時(如在滲碳中遇到的)形成。

由于對不銹鋼進行了如此廣泛的研究,可以對其中形成的各種相進行很好的表征。
然而,正如本文后續部分所述,一個被稱為J相的新相最近才在Fe-Cr系統中被發現。不包括J相,在表3中列出了不銹鋼中通常遇到的其它相。
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