耐腐蚀钢及合金开发与利用.doc

耐腐蚀钢及合金开发与利用T.V.Svistunova和A.P.Shlyamnev 翻译自Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov，2010年第7刊，918页。 耐腐蚀钢的开发及进一步发展的历史被认为源于俄罗斯，他们研究了最为重要的不同结构钢和铁基镍基合金的腐蚀和机械性能，对合金化和热处理的影响进行了分析。领域的应用 阳离子商业钢和合金。关键词：耐蚀，局部腐蚀，不锈钢，耐腐蚀钢及合金，机械性能，结构，化学组成，熔融，变形。简介耐腐蚀钢及合金是在二十世纪中发明的最重要结构材料之一，并在所有重要工业分支中得到广泛应用：化工，石化，造纸，热能与核能，航空和航天，造船，汽车，食品，医疗，低温技术，消费品，工业与民用建筑等1，2。 耐腐蚀钢及合金的一个显着特点是，在众多的腐蚀活性介质或不同程度的腐蚀（酸，碱，盐，液体金属，海淡水，空气中）中增加耐均匀腐蚀的性能 3（图1）。除此以外，许多耐腐蚀钢及合金在含卤化物和硫化氢的介质中，对各种形式局部腐蚀（晶间腐蚀，点蚀，槽，腐蚀开裂）的耐蚀性，在较宽的温度和应力范围内表现出不同的物理和机械性能水平 2，4。在使用这些材料时不必要使用用的防腐蚀保护的装置。在第二十次世纪末的俄罗斯，就如同所有经济发达的国家一样，生产着冶金分类中几百个基本等级的不同结构（马氏体，铁素体，奥氏体，奥氏体-铁素体，奥氏体-马氏体等）类耐腐蚀钢及合金，对应着操作和生产性能的一系列特殊要求和工业部门制定的规格1，2，5。 在历史上，不锈钢是铬含量超过12%的铬钢、铬镍钢以及铬镍钼钢，在大气的作用下保持明亮的金属光泽。事实上，铬含量达到此程度的铁铬合金中呈现负电极电位，伴随着电极电位在为负值的区域变化为正值的区域（图2），腐蚀速率也有所降低（图3）。铬含量的增加有利于钝化的氧化性质的介质中，并增加耐腐蚀性。不锈钢起源于1912年。在这一年：英国H. Brearbey首次发明了通过加入13%的铬来改善的铁合金耐腐蚀性。该合金被称为不锈钢。第一熔炼的不锈钢，含13%Cr和0.35%C，在谢菲尔德的弗斯布朗厂进行。这种钢用于制造刀具6。在1912年，E.毛雷尔和B.施特劳斯创造一种奥氏体不锈钢18Cr - 8Ni 7，在FA克虏伯工厂第一次生产。 由于良好的腐蚀和机械性能，冷变形塑性和焊接过程中的良好的加工能力，以及不锈钢在自然环境下的不俗表现，大部分奥氏体不锈钢 含18Cr，8Ni ，23Mo，它们在工业上被广泛应用。耐腐蚀钢在俄罗斯的开端耐腐蚀钢在沙俄时期并不制造，在苏维埃政权成立后，苏联国内才开始制造。不锈钢在苏联开始以工业规模发展要追溯到1923年至1924年。在1923年12月莫斯科厂lektrostal利用1.5吨电弧炉，在苏联国内首次制了的不锈钢，该不锈钢基于进口铬铁合金，含有质量百分数为0.28碳、0.20锰、11.94铬、0.47镍、0.20硅、0.007 硫、0.038 磷。1924年12月，兹拉托乌斯特的一家冶金厂熔炼出了化学成分相似的不锈钢，但基于国内生产的铬铁。包括不锈钢在内，高品质钢材的开发与生产，已经和苏联的I. F. Tevosyan产生了密不可分的联系。他是一位天才的组织者和技术革新家，于 1931年新建的高品质钢铁合金的Spetsstal 工厂8就是由他领导的。20世纪30年代初，为适应钢材行业发展需求，一些分散的研究院组成了联合的科研中心。1929年创建了一个工程科研单位（NIIMASh，自1938年中央工程研究所）9。 1932年全苏（现为全俄）航空材料研究所（VIAM）创建，即材料航空业中心。实验室内所有的设施应用于研究冶金以及金属的腐蚀与防护，其创始人是GV阿基莫夫10、副总裁Batrakov11和FF Khimushin12。1939 年，在第一个高品质钢铁的冶金科研所(NIIKSiF) 中产生了一项重要的发明，它仅仅由一个不锈钢腐蚀实验室独立完成的。所有这一切，有助于增加不锈钢的生产量、 扩大钢的等级和尺寸范围，提高生产质量的。苏联在1941年已经有10个牌号的不锈钢（Kh132Kh13，4Kh13，Kh18N9，Kh18N9T等）。这就可以大大减少，乃至几乎停止了战前的特殊钢的进口，尽管在第二次世界大战的前夕不锈钢在苏联国内的应用有限。中央科学研究有色金属冶金研究所（TSNIICHERMET）中耐腐蚀钢和合金的发展耐腐蚀钢的发明和苏联乃至整个世界的金属的腐蚀和金相 13-18 和冶金学12，19-24 发展的基本思路相一致。在I.P.Bardin 院士倡议下，1944年创立了中央科学研究有色金属冶金研究所(TsNIIchermet)，其中的科学家对特殊的结构材料的理论和应用的发展作出相当大贡献。在 TsNIIchermet 创办了耐腐蚀钢及合金的实验室，其开始的 25 年 (直到 1969) 始终由科学技术博士A.A.Babakov教授领导。高水平的专家在实验室工作，诸如：D. G. Tufanov、 E. A. Ulyanin博士和T. V. Svistunova博士，科学技术候选人E. V. Zotova、T. A. Zhadan、 N. P. Talov、 . G. Feldglyanler、N. A. Sorokina, A. P. Slyamnev、 F. L. Levin、S. D. Bogolubskii、. T.Shapovalov等等。TsNIIchermet的主管I. P. Bardin，以及由TsNIIchermet中高质量钢铁研究所 (IKC) 的主管、 科学技术博士M.V.Pridantsev教授，A.P.Gulyaev，S.A.Golovanenko，给予了这一科学领域大量的关注。在其存在的65年的历史中，实验室工作人员创造引进入行业超过 100 级的耐腐蚀钢和合金，基于铁和镍，为不同的目的2，21，34。和TsNIIchermet有密切合作的工厂已经开展的工作，诸如高质量冶金工厂（lektrostal、Hammer and Sickle、Red October、Zlatoust、Ashinsk、Chelyabinsk、Beloretsk、和Cheropovets Combines、Dneprosptestal、Zaporozhstal、pipe plants等）工程工厂（Uralkhimmash、 Penzkhimmash、 Kriogenmash 等）、 联合化工企业、 领先分支和学术机构、 设计和规划部门（GIPROMEZ, VNITI,VNIIM, NIIKhIMMASh, GIPKh, GIAP, VNII KMPrometei, NIFKhI im. L. Ya. Karpova, IFKh AN SSSR, etc等）。60 余年 TsNIIchermet 一直作为领先的机构，发展着耐腐蚀的钢及铁基镍基合金并将其热轧产品引入冶金行业。在第一次战后岁月 (1945年-1955年) TsNIIchermet 的活动是旨在为冶金工厂提供技术帮助，主要是利用铁素体钢（Kh70、 Kh25 和 Kh28）和奥氏体钢 (型号 Kh18N9)的薄板和厚板的生产技术的吸收与发展。然而主要承担这些工作的Red October 和Zaporozhstal工厂，在第二次世界大战期间遭受最重的打击。在 1950 年代，研究所的工作转移到积极发展的新型耐腐蚀钢材，以满足产业部门的发展的需求 ： 化工、 石化、 船舶建造和其他。镍合金钢成为了经济上一个重要的搜索领域的。并开始了镍、 锰、 钼和氮对铁素体和奥氏体钢的结构与性能的影响的系统研究。因此，第一代铁素体-奥氏体双相钢就这样被发明和被大众所认知，其中包括12KhN21M5T (I811)，08Kh22N6T (P53)，08Kh21N6M2T (P54)，08Kh18G8N2T (KO-3) 和奥氏体组织的锰铬钢10Kh14G14N3T 和 10Kh14G14N3 （DI6） 2，21，22。这些钢种的出现远远早于国外。这些年里，国内第一种在硫酸和磷酸介质中使用合金 KhN28MDT (I943)，被开发了出来，并且同时应用于基于硫酸和磷酸的复合矿物质肥料 1，21，22的生产过程中。直到现在这种合金依然是生产硫酸和含磷肥料化工设备2用的主要焊接结构材料之一。高强度钢也同样开发了出来： 奥氏体-马氏体双相钢 08Kh17N7Yu，船舶制造用奥氏体钢08Kh20G10AN4 (NN3) 和 08Kh18G12N5AB (NN3B) 22，还有化工及石油工程用的马氏体奥氏体双相钢08Kh16N7M2Yu (ZI75)。1961 年在 TsNIIchermet 的耐腐蚀和耐高温钢实验室参与的国家标准发展为苏联首次制定的耐腐蚀钢和及其制品的国家标准。里面涉及到： 分类 GOST 563261“高合金耐热和耐高温钢”在各种结构材料和合金中一类强度级别超过35的耐腐蚀钢；GOST 5582“薄板耐腐蚀和高温强度钢”。而后GOST为所有形式的耐腐蚀 （不锈钢）金属产品制定了标准，都包含在GOST 563261之内。在这期间，含有0.08-0.12%碳，并加入稳定化的钛2的奥氏体钢 Kh18N10T 和 Kh17N13M3T在各个工业部门得到了广泛的应用。他们生产的量是总量的大约占苏联耐腐蚀的钢产量70%。在20世纪六十年代中叶，由于国家的“大”化学的发展方向，耐腐蚀钢和合金，包括那些在极端条件下的作业在国民经济中的需求迅速增长。这更有效地促进了研究的发展，组成-结构-属性系统中功能的建立作发展和铁基的新的钢铁合金的开发，以及两个新的科学领域：低温钢及合金的冶炼、镍基耐腐蚀尤其是耐特殊介质腐蚀的钢及合金的冶炼。在现有钢材的质量要求改善的主要领域（Kh18N10，Kh17N13M2和0.08-0.12%C的Kh17类型、与钛或铌的亲和、新钢种与合金的发明）是：对合金中的