（钢铁冶金专业论文）节镍型幕墙铸造爪件用奥氏体不锈钢的研究.pdf

学位论文版权使用授权书 | | i r l1 i lr ll l111 11 11iii y 18 9 5 2 9 5 江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂 志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅， 同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入中国学位论文全文数据库并向社会提 供查询，授权中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社将本论文编入中国优秀博硕士学位论 文全文数据库并向社会提供查询。论文的公布( 包括刊登) 授权江苏大学研究生处办理。 本学位论文属于不保密。 瓣7 日 dj j 年嘞j 日 节镍型幕墙铸造爪件用奥氏体不锈钢的研究 r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to fl o wn i c k e la u s t e n i t i cs t a i n l e s s s t e e lf o rc a s t i n go fc u r t a i nw a l lc o n n e c t o r s 姓 2 0 1 1 年0 6 月 江苏大学硕士学位论文 摘要 目前国内玻璃幕墙金属连接件中的爪件主要使用材质为3 0 4 ( 0 6 c r l 9 n i l 0 ) 、 3 1 6 ( 0 6 c r l 7 n i l 2 m 0 2 ) 等奥氏体不锈钢铸造而成，而不锈钢主要原材料产于南非、俄 罗斯等地，国际行情变化频繁，带来产品原材料价格波动较大，影响玻璃幕墙配件 的价格。近几年来，国际不锈钢消耗量每年以5 1 0 比例增长，而作为战略资源的 镍、钼等稀有金属的供应也越来越紧缺，因此玻璃幕墙结构件、连接件的生产厂家 的成本也相应提高。为此许多不锈钢玻璃幕墙配件生产企业都在积极研究新材料来 替代目前通用的3 0 0 系列奥氏体不锈钢，以降低企业的生产成本，因此节镍型的不 锈钢研究成为热点。 本文通过介绍不锈钢节镍的意义、途径、节镍不锈钢的开发动向、与3 0 4 奥氏 体不锈钢的性能差别，不锈钢的腐蚀、分类、影响腐蚀的因素及国内外幕墙爪件材 料的应用等内容；根据要开发钢种的实际使用条件，在保证综合性能的同时，尽可 能降低原料成本的前提下，参照a s t m 标准中2 0 2 不锈钢的成分区间，依据合金化 设计原理，在提高铬、锰含量同时，降碳增氮的方法，设计了玻璃幕墙铸造爪件用 节镍型奥氏体不锈钢“0 2 2 c r 2 0 m n l o n i 6 n 的成分。 通过1 5 埏碱性中频感应实验炉进行试验钢的冶炼及试验试样的浇铸；选用金相 显微组织观察，钢中非金属夹杂物的评定，室温拉伸试验、布氏硬度测试、中性盐 雾试验、三氯化铁点腐蚀、三氯化铁缝隙腐蚀、弱酸弱碱环境下均匀腐蚀全浸试验 等相关实验方法与3 0 4 不锈钢的性能进行对比研究，分析在工业生产上实际应用的 可能性，初步掌握了试验钢的综合性能特点。 经过试验得出结论：试验钢铸态及固溶处理后为完全奥氏体组织，综合力学性 能要好于3 0 4 不锈钢，在室温弱腐蚀介质中耐腐蚀性能与3 0 4 不锈钢相当，有替代 3 0 4 不锈钢用于玻璃幕墙金属连接件生产的可行性。 关键词：新型不锈钢，金属连接件，节镍，力学性能，耐腐蚀性能，应用研究 节镍型幕墙铸造爪件用奥氏体不锈钢的研究 江苏大学硕士学位论文 a tp r e s e n t , t h eg l a s sc u r t a i nw a l lm e t a lc o n n e c t o r so ft h ec l a wp a r t sa r ep r i m a r i l y m a d eo f3 0 4 ( 1 3 1 6 c r l 9 n i l 0 ) 、3 1 6 ( 0 6 c r l 7 n i l 2 m 0 2 ) a u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l ，e t c h o w e v e r ， t h em a i nl a wm a t e r i a lo fs t a i n l e s ss t e e lp r o d u c e di ns o u t ha f r i c a , r u s s i aa n do t h e r p l a c e s t h ei n t e r n a t i o n a lm a r k e ta l w a y si nf r e q u e n tc h a n g e s ，s ot h er a wm a t e r i a lp r i c e s v o l a t i l e ，i n f l e n c e st h ef i t t i n g sp r i c eo fg l a s sc u r t a i nw a l l i nr e c e n ty e a r s ，s t a i n l e s ss t e e l c o n s u m p t i o no fi n t e r n a t i o n a lm a r k e tg r o w t hi nt h ep r o p o t i o no f5 - 1 0 p e ry e a r ，b u ta s t h es t r a t e g i cr e s o u r c eo fn i c k e l ，m o l y b d e n u ma n do t h e rr a r em e t a l ss u p p l ym o r ea n dm o r e s c a r c e ，t h e r e f o r e ，t h eg l a s sc u r t a i nw a l ls t r u c t u r e ，c o n n e c t o rm a n u f a c t u r e rc o s t sh a v e b e e ni n c r e a s e d s om a n ym a n u f a c t u r e r so fs t a i n l e s ss t e e lg l a s sc u r t a i nw a l lf i t t i n g sa r e a c t i v e l ys t u d y i n gn e wm a t e r i a l st or e p l a c et h ec u r r e n t3 0 0s e r i e sa u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l u n i v e r s a l ，t or e d u c ep r o d u c t i o nc o s t ss t u d yo fl o w - n i c k e ls t a i n l e s ss t e e lh a v et ob eah o t s p o t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h es i g n i f i c a n c eo fs e c t i o nn i c k e ls t a i n l e s ss t e e l ，n i c k e ls a v i n g s t a i n l e s ss t e e l sd e v e l o p m e n tt r e n d sa n dt h ep e r f o r m a n c ed i f f e r e n c eb e t w e e n3 0 4s t a i n l e s s s t e e la n dn i c k e l c o n t e n ts t a i n l e s ss t e e l s t a i n l e s ss t e e lc o r r o s i o n , c l a s s i f i c a t i o n ，f a c t o r s t h a ta f f e c tt h ec o r r o s i o n ，t h em a t e r i a la p p l i c a t i o ni ng l a s sc u r t a i nw a l lc a s tc l a wa th o m e a n da b o a r d t h e na c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o nc o n d i t i o n so fo b j e c t i v es t e e l ，b y i n c r e a s i n gt h ec h r o m i u m ，m a n g a n e s e ，n i t r o g e nc o n t e n ta n dr e d u c i n gc a r b o n ，d e s i g n e dt h e l l e wt y p el o wn i c k e la u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l ”0 2 2 c r 2 0 m n l 0 n i 6 n ”f o rg l a s sc u r t a i nw a l l m e t a lc o n n e c t o r sc o m p o n e n t s ，w h i l ee n s u r i n gt h eo v e r a l lp e r f o r m a n c e ，m a k er e f e r e n c et o t h ea s t ms t a n d a r d sa b o u t2 0 2s t a i n l e s ss t e e lc o m p o s i t i o nc o n t e n tr a n g e ，r e d u c i n gt h e c o s to fn e wm a t e r i a l s 雒f a ra sp o s s i b l e t h e nu s e1 5 k ga l k a l i n em e d i u mf r e q u e n c yi n d u c t i o nf u r n a c ef o rs m e l t i n g ，s a m p l e p r e p a r a t i o n f i n a l l y ，s e l e c t e dm e t a l l o g r a p h i cm i c r o s t r u c t u r eo b s e r v a t i o n ，t h ea s s e s s m e n t o fn o n m e t a l l i ci n c l u s i o n si ns t e e l ，u s i n gr o o mt e m p e r a t u r et e n s i l et e s t ，b r i n e l lh a r d n e s s t e s t ，t h en e u t r a ls a l ts p l a yt e s t ，f e r r i cc h l o r i d ep i t t i n gc o r r o s i o n ，f e r r i cc h l o r i d ec r e v i c e c o r r o s i o n ，i nw e a ka c i da n dw e a kb a s ee n v i r o n m e n tu n i f o r mc o r r o s i o ni m m e r s i o nt e s t a n do t h e rr e l a t e dt e s tc o m p a r et h ep e r f o r m a n c e 谢m3 0 4s t a i n l e s ss t e e l ，a n a l y s i st h e m 节镍型幕墙铸造爪件用奥氏体不锈钢的研究 p o s s i b i l i t yo fp r a c t i a la p p l i c a t i o ni ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o n p r e l i m i n a r ym a s t e rt h eo v e r a l l p e r f o r m a n c ec h a r a c t e r i s t i c so ft e s t e ds t e e l a f t e rt e s t i n gc o n d u d e x l ：t h et e s t e ds t e e ln o r m a lt i s s u ei sc o m p l e t e l ya u s t e n i t e ，t h e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa r eb e t t e rt h a nt h e3 0 4 s t a i n l e s ss t e e l ，u n d e rr o o mt e m p e r a t u r e w e a kc o r r o s i v em e d i a ，t h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c ei se q u i v a l e n tt o3 0 4s t a i n l e s ss t e e la n d h a v et h ef e a s i b i l i t ys u b s t i t u t e3 0 4s t a i n l e s ss t e e lf o rg j a s sc u r t a i nw a l lm e t a lc o n n e c t o r s p r o d u c t i o n k e yw o r d s ：n e wt y p es t a i n l e s ss t e e l ，m e t a lc o n n e c t o r , n i c k e ls a v i n g ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ， c o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，a p p l i c t i o nr e s e a r c h i v 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 目录 1 1 节镍型不锈钢概述 l l 1 1 1 不锈钢节镍的意义和途径。1 1 1 2 节镍型不锈钢与3 0 4 不锈钢特性的比较2 1 1 3 国内外节镍型不锈钢开发动向3 1 2 节镍型奥氏体不锈钢8 1 2 1 奥氏体不锈钢的分类。8 1 2 22 0 0 系列节镍不锈钢的发展历史9 1 2 32 0 0 系列节镍不锈钢研究现状与存在问题1 0 1 3 不锈钢的腐蚀n 1 3 1 不锈钢腐蚀分类。1 1 1 3 2 不锈钢幕墙铸造爪件的腐蚀。1 2 1 3 3 影响不锈钢耐蚀性的因素1 3 1 4 国内外幕墙铸造爪件材料的应用概况1 7 1 4 1 国外幕墙爪件材料的应用1 7 1 4 2 国内幕墙爪件用材料的应用。1 9 1 5 本课题的意义、目的及主要研究内容2 1 1 5 1 课题的意义及主要目的2 1 1 5 2 课题的主要研究内容2 1 第二章新钢种的成分设计 2 1 设计原理 2 2 主要合金元素对不锈钢组织的影响 2 3 主要合金元素的成分设计 2 3 2 3 2 4 2 6 2 3 1 碳( c ) 的成分设计2 6 2 3 2 铬( c r ) 的成分设计2 6 2 3 3 镍( n i ) 的成分设计2 7 2 3 4 氮( 聊的成分设计2 7 2 3 5 锰( m n ) 的成分设计2 8 2 4 铬镍当量相平衡及马氏体转变温度的计算 2 5 本章小结 第三章试验钢的制备 3 1 配料 2 9 3 0 3 l 3 1 3 1 1 配料依据3 1 3 1 2 原材料及配料计算3 1 3 2 中频感应炉冶炼 3 2 3 2 1 熔化前的准备工作3 2 3 2 2 碱性感应炉熔炼工艺3 3 v 节镍型幕墙铸造爪件用奥氏体不锈钢的研究 3 3 试验钢的初步分析及试样制备 3 3 1 化学成分及冶炼过程分析3 4 3 3 2 试验钢的热处理3 5 3 3 3 试样制备3 6 3 4 本章小结 第四章试验钢的组织和力学性能 4 1 金相组织观察 3 6 3 7 3 7 4 1 1 实验方法。3 7 4 1 2 结果与讨论3 7 4 2 非金属夹杂物评定3 9 4 2 1 实验方法4 0 4 2 2 结果与讨论4 0 4 3 室温力学性能测试 4 3 1 实验方法。4 3 4 3 2 结果与讨论4 4 4 4 本章小结 第五章试验钢的耐腐蚀性能 5 1 中性盐雾试验 4 8 4 9 4 9 5 1 1 实验方法4 9 5 1 2 结果与讨论。4 9 5 2 不锈钢三氯化铁点腐蚀实验室浸泡试验5 1 5 2 1 实验方法5 1 5 2 2 结果与讨论5 2 5 3 不锈钢三氯化铁缝隙腐蚀实验室浸泡试验5 5 5 3 1 实验方法5 5 5 3 2 结果与讨论5 6 5 4 实验室均匀腐蚀全浸试验 5 4 1 实验方法。5 8 5 4 2 结果与讨论。5 9 5 5 应用成本分析 5 6 本章小结 第六章主要结论及展望 6 1 主要结论 6 2 后续工作展望 参考文献 致谢 攻读学位期间公开发表的论文及科研成果 6 1 6 2 6 3 6 4 储 7 0 7 1 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 不锈钢作为现代工业中一种重要的材料，已有一百多年的历史。因不锈钢具有 高强度、可焊接性、抗腐蚀性、易加工性和表面具有光泽性等许多优异的特性，在 宇航、化工、汽车、食品机械、医药、仪器仪表、能源等工业及建筑装饰方面得到 广泛而重要的应用。我国不锈钢生产始于1 9 5 2 年，改革开放后社会需求推动不锈钢 快速增长，1 9 9 8 年进口超过1 0 0 万吨，成为世界第一进口大国。2 0 0 1 年不锈钢需求 达2 3 0 万吨，成为世界第一消费大国；2 0 0 2 年需求达至u 3 2 0 万吨，是美国和日本两个 国家消费量之和；2 0 0 3 年我国不锈钢的表观消费量达至u 4 2 0 万吨【。2 0 0 4 2 0 0 6 年每 年增速均在1 0 以上。2 0 0 6 年我国不锈钢表观消费量达至1 j 6 5 5 万吨，超过欧美消费总 和【2 - 3 】。近几年来，受我国对不锈钢巨大需求的刺激，加上迅速发展的电镀、化工及 电池等行业对原镍和再生镍需求的迅速增长，使得镍价一路走高。由于世界范围内 的镍资源紧张，加上镍价上涨等因素的影响，使不锈钢企业纷纷寻找成本更低的新 钢种。在2 0 0 8 年1 2 月4 日举行的上海镍锰行情研讨会上，中国金属协会不锈钢分会 副会长王伟指出：随着现代冶金工艺的飞速发展及加工工艺的进步，不含镍的铁素 体不锈钢和低镍的奥氏体不锈钢的开发应用愈来愈受到业内及消费者的认可，所占 的比重也越来越多，奥氏体的份额将继续减少，不排除将来铁素体不锈钢将成为主 流品种的可能性，镍与不锈钢将愈行愈远。 1 1 节镍型不锈钢概述 1 1 1 不锈钢节镍的意义和途径 随着现代经济的高速发展，交通、建筑、食品与家用等设备与产品多用不锈钢， 尤其是石化工业不锈钢需求量更呈大增，除采用普通不锈钢外，还采用高镍铬钼的 超级奥氏体不锈钢。镍金属最大用户为不锈钢，其比率达到6 5 ，此外还用于镍基 合金( 1 1 ) 、镀层材料( 8 ) 与合金钢( 8 ) 等【4 】。2 0 0 5 年世界不锈钢总产量已超过2 5 m t ，c r n i 系奥氏体不锈钢约占全部不锈钢的7 0 ，奥氏体不锈钢含有较多的镍， 镍原料价格约占不锈钢价格的4 0 - 4 5 5 1 。由于镍资源紧缺，亚洲国家不锈钢需求 旺盛，伦敦金属交易所( l m e ) 镍价格上升，不锈钢价格也随之大涨。我国镍资源远 1 节镍型幕墙铸造爪件用奥氏体不锈钢的研究 远满足不了不锈钢行业的需求，较大部份需进口。在镍严重紧缺的情况下，如何少 用镍甚至不用镍，发展节镍不锈钢是一个途径。上世纪6 0 7 0 年代国内研发出节镍 不锈钢，如a 4 ( c r l 7 m n l 3 m 0 2 n ) 、2 0 4 ( c r l 8 m n 8 n i 5 n ) 、2 0 4 + m o ( c r l 8 m n 8 n i 5 m 0 3 n ) 、 c r l 7 t i 等。国外在二战前后曾开发2 0 0 系列c r m n n i 系不锈钢，后又开发c r 系的 超级铁素体不锈钢。用无镍或少镍的c r 系超级铁素体钢与少镍的c r - m n n i n 系奥 氏体钢及节镍的c r - n i n 系双相钢代替3 0 4 、3 1 6 等普通奥氏体不锈钢，甚至代替 9 0 4 l ( 0 0 c r 2 0 n i 2 5 m 0 4 5 c u ) ，2 5 4 s m o ( 0 0 c r 2 0 n i l 8 m 0 6 n ) 等超级奥氏体不锈钢，符合 资源节约型社会的需要，具有较大的经济意义。 如以3 0 4 不锈钢为基准，将n i 含量降低到至4 0 巧( 3 0 4 不锈钢n i 含量的1 2 ) 作为节镍钢种标准，则c r 系的马氏体与铁素体不锈钢几乎不含镍；c r - m n n i 系的 2 0 0 系列不锈钢镍部分由m n 与n 奥氏体形成元素替代；双相不锈钢含有一定的镍， 但也小于3 0 4 中的镍含量，也可算是节镍。因此不锈钢节镍的途径有：( 1 ) c r 系铁素 体不锈钢与c r 系马氏体不锈钢，( 2 ) c r m n n i 系奥氏体不锈钢，( 3 ) 双相不锈钢。 综合相关文献，随着精炼工艺的进步，采用a o d 、v o d 精炼工艺，不锈钢节 镍主要采用以下方式：对铁素体不锈钢增加c r ，降低c 、s 、p 等含量，加m o 或加 少量n i ，提高耐蚀性与加工性；对c r - m n n i 系奥氏体不锈钢用m n 、n 代镍，降低 c ，加n 或c u ，提高耐蚀性与加工性；对双相不锈钢增加c r ，加n 、m o ，减n i ， 降c ，提高耐蚀性与加工性。 1 1 2 节镍型不锈钢与3 0 4 不锈钢特性的比较 上述c r 系马氏体不锈钢、c r 系铁素体不锈钢、c r - m n n i n 系奥氏体不锈钢与 c r m n n i 系双相不锈钢的特性及与3 0 4 不锈钢的性能对比见表1 1 。 需说明的是含碳量较高的c r l 3 系马氏体不锈钢虽无镍，但各项性能较差，不 能代替3 0 4 不锈钢，但含碳量较低无镍的c r l 3 系铁素体不锈钢如s u s 4 0 5 ( 0 c r l 3 a 1 ) 与s u s 4 1 0 ( 0 c r l 3 ) ，在炼化工业常减压装置抗h 2 s h c l h 2 0 系统设备部件，4 0 5 与 4 1 0 钢的耐腐蚀性却比3 0 4 不锈钢更好，可代替使用i s l 。c r l 3 s i 4 n b r e 钢在5 0 。c 浓 度为9 8 的硝酸中可取代c r l 8 n i l l a l t i ，c r l 7 系铁素体钢如降低c 量，添加m o 、 t i 等元素，如0 c r l 7 m 0 2 、0 c r l 7 t i 等可提高耐蚀性【研。当然在c r l 7 基础上可增加 c r ，如c r 2 5 3 0 系铁素体不锈钢，耐蚀性也将进一步提高，c r m n - n i n 系奥氏体钢 也可添加m o 、c u 等元素增加耐蚀性，如c r l 8 m n 8n i 5 m 0 3 n ( 2 0 4 + m 0 1 7 1 。 2 江苏大学硕士学位论文 表1 - 1 几种节镍型不锈钢与3 0 4 不锈钢性能比较 t a b1 - 1p e r f o r m a n c ec o m p a r i s o no fs e v e r a ln i c k e ls a v i n gs t a i n l e s s s t e e l sw i t h3 0 4 1 1 3 国内外节镍型不锈钢开发动向 1 1 3 1 超级铁素体不锈钢 铁素体不锈钢中c r 含量一般为1 2 。3 0 ，它具有比奥氏体不锈钢更好的抗应 力开裂腐蚀s c c ( s t r e s sc o r r o s i o nc r a c k i n g ) 性能和抗高温氧化性能，但其缺点是对晶 问腐蚀敏感，塑韧性较低，延性脆性转变温度在室温以上，焊接热影响区的晶粒粗 化，焊接开裂倾向较大，存在4 7 5 * ( 2 脆性与高温脆性等，上述缺点经研究是由间隙 元素c 、n 造成的阎。随着精炼技术的进步，可以生产出c 、n 含量很低的超级铁 素体不锈钢，而使上述欠缺得到改善，从而可以部分代替3 0 4 不锈钢。超级铁素体 不锈钢发展可分三个阶段：第一阶段是用真空感应和电子束的高纯冶炼技术；第二 阶段是添加少量镍改善加工性能；第三阶段是加钛与钼，并用a o d 精炼。 第一代超级铁素体不锈钢如e b r i t e 2 6 1 ，控制c + n 不大于2 0 0 u g g ，使塑性改 善，并有良好的耐蚀性，但要用双真空熔炼，成本高，仅得到少量应用，难于推广。 第二代铁素体不锈钢采用a o d 精炼，加少量镍，并用t i 、n b 稳定化，开发的有如 3 节镍型幕墙铸造爪件用奥氏体不锈钢的研究 s f a - c u r f _ ( 海优1 钢，其间隙元素c 、n 含量低，控制c + n 不大于0 0 6 ，不仅使 延性脆性转变温度降低到一8 4 ，而且可以避免奥氏体形成，保持单相铁素体，晶 粒等轴均匀，晶界无析出物，因而该钢具有优良的耐蚀性能，在各种酸碱介质中比 3 0 4 、3 1 6 更好。代表性的超铁素体不锈钢化学成份见表1 2 。特别是s e a - c u r e 钢 具有比3 0 4 、3 1 6 更好的抗a 一点蚀与缝隙腐蚀性能，甚至比2 2 0 5 、9 0 4 l 、a l 6 x 等 钢还好，这可根据耐点蚀当量指数p r e ( p i t t i n gr e s i s t a n c ee q u i v a l e n t ) 来比较，p r e = p r e = c r + 3 3 x m o + 1 6 x n ，各钢种的比较见表1 3 。 表1 - 2 代表性的超级铁素体不锈钢的化学成分 t a b1 - 2c h e m i c a lc o m p o s i t i o no fr e p r e s e n t a t i v es u p e r - f e r r i t i cs m m l e s ss t e e l 合金u n s 序号p r e nc c t 最大许用氯化物含量 ( u g g - 1 ) 超级铁素体不锈钢抗s c c 性能好。因不锈钢s c c 与n i 含量有关，含7 。1 1 n i 的钢对s c c 敏感，而较低与较高n i 的钢抗s c c 好，如s c c 门槛温度3 0 4 为2 0 ， 3 1 6 为5 0 c ，而s e a - c u r e 同a d 6 x n ( c r 2 0 n i 2 5 m 0 6 n ) 一样为2 2 54 c 。s e a - c u r e 钢由于机械强度与硬度较高，故抗冲蚀与抗气蚀性能亦好。同时拥有较高的设计许 用应力与优良的加工性能，焊接性良好，可采用气体保护钨极或金属极电弧焊，成 4 江苏大学硕士学位论文 型与胀接性能均好，生产的钢管壁厚可达0 5i i l i l l ，有较好的导热性，而且弹性模量 较大，故抗振性能好。综合上述优点已成为电厂抗海水腐蚀的凝汽器管子的优选材 料，自1 9 8 0 年来在北美与中国台湾等应用，已有2 0 余年成功运行历史。但该钢使 用有局限性，一是韧性较差，截面不超过2 1 l m m ，换热器管板需采用其它耐蚀的 奥氏体不锈钢；二是为避免4 7 5 c 脆性，只能用于2 6 0 c 以下。 此外由日本开发的s u s 4 4 4 ，含有c o 0 1 ，c r l 9 ，m 0 2 ，其一般耐蚀性能 较好，抗无机酸同3 0 4 ，抗有机酸同3 1 6 ，抗点蚀与缝隙腐蚀性能处于3 1 6 与3 0 4 之间，加工性能同3 0 4 ，并具有抗氯化物与较优的抗硫酸s c c 性能，最高使用温度 为3 0 0 c ，由于无镍、价廉、产量大，在日本广泛用于水冷器，给水管线与建筑上 设备，3 0 年来数量以万计，未发生过腐蚀失效，近年上海用该钢生产的水箱与加热 器已大量用于沪京津广等城市，据称在给水、暖通设备使用寿命可达3 0 年，而用 s u s 3 0 4 的常常发生s c c 1 0 1 。 1 1 3 2 新型c r - m n n i n 系奥氏体不锈钢 添加锰的不锈钢研究从1 9 1 2 年开始，近年主要研发方向为两方面：一是非磁 性与高强度兼顾的新机能不锈钢，其最大特征是难以加工诱发马氏体( q ) 相变，为此 可用于弹簧和电子电气元件；二是作为节镍的耐腐蚀不锈钢。c r - m n n i n 系奥氏体 不锈钢耐蚀性如图1 1 所示，点蚀电位按c r + 3 3 m o + 3 0 n m n ( ) l l 例变化，加m n 减n i 使其耐蚀性下降，但由于增加c r 、m o 与n 而得到改善。 蔓 u 燃 世 萤 图1 1 合金元素对c r - m n - n i n 奥氏体不锈钢点蚀电位的影响 t a g1 1i n f l e n c eo fa l l o y i n gd e m e n t so nt h ec r - m n n i ns t a i n l e s ss t e e lp i t t i n gp o t e n t i a l 5 节镍型幕墙铸造爪件用奥氏体不锈钢的研究 近年以印度为中心，c r m n n i n 系不锈钢蓬勃发展，2 0 0 3 年在韩国召开的国 际不锈钢大会( i s s f ) 披露，2 0 0 系列不锈钢2 0 0 3 年已达到不锈钢粗钢生产的7 5 。 我国在上世纪6 0 年代开发的c r m n n i 系不锈钢如a 4 ( 0 c r l 7 m n l 3 m 0 2 n ) 、 a 7 ( 0 c r l 7 m n l 3 m 0 2 c u n ) 与2 0 4 + m o ( 0 c f l 7 m n 7 n i s m 0 3 n ) 等，虽然得到一定的应用， 用于尿素与醋酸生产，但事过境迁，上述钢种已基本不生产。 1 9 4 0 年代德国采用c f l 5 m n l 2 n i l 5 不锈钢用于奶品、啤酒与一般家用。在1 9 6 0 年代，a l l e g h o n y l u d u m 开发了两种c r - m n ，n i n 合金，作为3 0 2 与3 0 4 的代用品， 其组成含c 量分别为0 1 2 与0 0 8 ，其余均为1 7 c r ，6 m n ，3 5 n i ，0 2 5 n 。 在朝战期间美国政府对不锈钢用镍限定s 1 ，其中由a l l e g h o n y 开发的称为1 a 2 0 1 钢，代表性化学成分为0 1 c 、1 5 5 c r 、1 7 m n 和0 9 n i ，其力学性能、成形性 与可焊性比得上3 0 1 钢，成功地用于轨道车辆。随着镍的可得性与价格的变动以及 a o d 等精炼技术进展，有可能利用较便宜的高碳锰铁和气体氮合金化，开发出含氮 不锈钢。在1 9 6 0 年代末至1 9 7 0 年代初，在美、欧、日与俄，2 0 1 、2 0 2 与同类不锈 钢每年产量已达4 0l 【t ，主要用于食品饮料部件、建筑结构与运输车辆等。 c r m n n i 系钢通过铜合金化可改善冷拔性，如对2 0 1 钢在保持含c 量 0 0 8 的前题下添加1 5 - 2 o c u ，成为有超冷拔性的2 1 1 与j s l - a u s 不锈钢，其组成 见表1 4 。这类钢已用于生产需超深冷冲的器具，如蒸锅与厨房水斗等。近年印度 已开发j 系列c r - m n n i n 不锈钢作为经济有效的产品以替代3 0 4 不锈钢，其代表 性钢种为j 4 与j 2 0 4 c u ，化学成分见表1 5 。该级别钢含c r l 5 5 。1 8 ，n i1 0 。1 5 以及合理的m n 、c l l 、n 所组成。尤其是c u 减少了m s 和m d 温度，增大堆垛层错 能和减少加工硬化率，可改进冷轧与成形；c u 也改进了抗s c c 性能及改善在硫酸 溶液中耐腐蚀性。 表1 4 几种加铜的c r - m n n i - n 系不锈钢组成 t a b1 - 4c o m p o n e n t so fs e v e r a la d d i t i o n a lc o p p c rc r - m n n i - ns t a i n l e s ss t e e l s 6 江苏大学硕士学位论文 j 4 ( 改进型u n s $ 2 0 4 3 0 ) ，j 2 0 4 c u ( u n s $ 2 0 4 3 0 ) 和j s l - a u s ( 改进型u n s $ 2 0 1 0 0 ) 分别显现了冷拔性、深冷拔性与特优深冷拔性。这些钢种在环境温度下退火态具有 奥氏体组织，它们显示出很好的可焊性及在某些环境下具有与3 0 4 一样的耐腐蚀性。 1 1 3 3 含氮双相不锈钢 与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢具有高的力学性能，优良的耐s c c 与耐点蚀 性能，以及较低价格等优点，又具有一定的可焊性，可取代c r - n i 奥氏体不锈钢， 用于化工设备，但它又具有铁素体不锈钢的4 7 5 。c 脆性、o 脆性，而不宜在2 5 0 。c 以 上温度使用1 9 】。 目前主要有三大类：一是c r 2 3 n i 4 n 类不含钼的双相钢替代3 0 4 与3 1 6 ，p r e 约2 5 ，如2 3 0 4 、d p i l ；二是c r l 8 n i 5 m 0 2 7 n 类双相钢可替代3 0 4 与3 1 6 ，p r e 约 2 9 ，如3 r e 6 0 、d p i ；三是c r 2 2 n i 5 m 0 3 n 类双相钢，耐蚀性介于3 1 6 与2 5 4 s m o 超级奥氏体钢之间，p r e 约3 5 ，如2 2 0 5 、d p 8 。上述3 r e 6 0 、2 3 0 4 、2 2 0 5 系瑞典 a v e s t a 生产，d p i 、d p 8 、d p i l 系日本s u m i t o m o 生产。 在双相钢中加氮有两个有利因素：抑制6 铁素体形成和提高抗点蚀当量p r e 。 但目前在g b 4 2 3 7 1 9 9 2 标准中仅有0 c r 2 6 n i 5 m 0 2 和0 0 c r l 8 n i 5 m 0 3 s i 2 两种列入， 生产其它双相钢牌号要采用国外标准生产。上述钢种虽有一定节镍，但不如铁素体 不锈钢与c r m n n 不锈钢那样无镍与少镍。对节镍双相不锈钢要以m n ，n 代镍， 以降低制造成本，其较典型的钢种有：2 1 0 1 l d x 双相不锈钢，其主要成分为： 0 0 3 0 0 5 c ，4 - - 6 m n ，2 1 一2 2 c r ，1 o 一1 5 n i ，0 - - 1 c u ，0 2 0 o 2 5 n ； 棚r o m c 、1 9 d 双相不锈钢，其主要成分为：5 m n ，2 0 c r ，1 1 n i ，0 1 3 n 。 这两种钢耐蚀性能同3 1 6 钢，屈服强度与其它双相钢处于同一水平。 7 节镍型幕墙铸造爪件用奥氏体不锈钢的研究 1 2 节镍型奥氏体不锈钢 1 2 1 奥氏体不锈钢的分类 自从上世纪初，德国e s s e l d 1 1 l 发明奥氏体不锈钢以来，其应用和发展迅速，在 国民经济和社会发展中越来越占据举足轻重的地位。奥氏体不锈钢按成分可分为 3 0 0 系列( c r n i 系) 和2 0 0 系列( c 卜m n n 系) 两个系列。 3 0 0 系列不锈钢是最早开发出来的奥氏体不锈钢，其代表钢种为3 0 4 和3 1 6 ， 该系列钢含有足够的c r 、n i 元素，通过较高n i 元素获得稳定的奥氏体组织。这类 钢的特点是在室温和低温下都具有良好的塑性和韧性、高的弹性模数、低的热导率、 磁导率和电导率及良好的可焊接性能与耐腐蚀能力。虽然机械性能比较低，且和铁 素体不锈钢一样不能通过热处理强化，但可以通过冷加工变形的方法，利用加工硬 化作用提高它的强度。缺点是该系列不锈钢对晶问腐蚀及应力腐蚀比较敏感，需通 过适当地合金添加剂及工艺措施消除。为获得特殊性能，可添加其它元素，如s i 元素含量一般在1 3 w t ，可提高钢的抗氧化能力，甚至高达5 w t 可应用在特定环 境中耐硝酸腐蚀。为提高层错能，节约n i 资源而添加c u 元素；为提高钢的切削性 能而添加s 元素【1 2 彤】；为防止晶界贫c r ，产生晶间腐蚀而添加t i 、n b 等元素以稳 定组织；为提高抗点腐蚀能力，可添加2 4 w t 的m o 元素，这对促进固溶强化作 用也是十分有利的。 2 0 0 系列奥氏体不锈钢具有高m n 、n 低n i 的特点，是为节约n i 资源而开发出 来的，它的奥氏体化元素除m n 之外还有n ，其n i 含量低于3 0 0 系列不锈钢，钢中 m n 起稳定奥氏体的作用。由于n 强烈地形成并稳定奥氏体且起很好的固溶强化作 用，提高了奥氏体不锈钢的强度，因此这个系列的不锈钢，适宜在承受较重负荷而 耐蚀性要求不太高的设备和部件上使用【体1 5 1 。 目前，美国、日本、德国、法国、中国、韩国、印度等主要不锈钢生产国家都 有2 0 0 系列的不锈钢标准和牌号。其中，以美国、中国和俄罗斯在标准中纳入的2 0 0 系列牌号最多。美国标准最完整，至少有2 8 个2 0 0 系列不锈钢标准牌号和企业牌 号。印度国家标准中2 0 0 系列钢种只有1 个，但印度j i n d a l 公司2 0 0 系列不锈钢有 儿、j 3 和j 4 共3 个牌号。印度j 1 、j 4 牌号比较特殊，全球诸多国家和厂商均没有 与之相对应的牌号，表1 - 6 为国内外2 0 0 系列不锈钢的相应牌号及成分【1 6 1 。 8 江苏大学硕士学位论文 表1 - 6 国内外2 0 0 系列不锈钢相应牌号及化学成分 t a b1 - 6d o m e s t i ca n df o r e i g e nb r a n d so f2 0 0s e r i e s s t a i n l e s ss t e e l sa n dc o m p o n e n t s 1 2 22 0 0 系列节镍不锈钢的发展历史 2 0 0 系列不锈钢是在二战时期，作为3 0 0 系列不锈钢的代替品首先在美国开发 成功的。当时因战争的原因，作为战略物资的镍被各有关国家严格控制，美国的镍 供应量严重不足。在此情况下，为解决不锈钢的生产和供应问题，美国开发出了这 9 节镍型幕墙铸造爪件用奥氏体不锈钢的研究 种以锰氮代镍的奥氏体不锈钢新钢种系列。2 0 世纪5 0 年代，2 0 0 系列不锈钢在美 国实现了标准化，美国金属手册中专门规定了它的适用范围。在美国的汽车生产适 用的牌号中，一般用于生产嵌条、活塞环、排气阀、汽车紧部件旧。但当时由于人 们对该钢种的认识上的局限