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聊聊不銹鋼的百年發(fā)展史

來源:頂亮金屬 | 發(fā)布日期:2022-04-08 | 瀏覽:0

不銹鋼從發(fā)明到實際工業(yè)應用時間跨度約有十年:1904-1906年法國人Guillet首先對Fe-Cr-Ni合金的冶金和力學性能進行了開創(chuàng)性的基礎研究;1907-1911年,法國人Portevin和英國人Gissen發(fā)現(xiàn)了Fe-Cr和Fe-Cr-Ni合金的耐蝕性并完成了Guillet的研究工作;1908—1911年德國人Monnartz 揭示了鋼的耐蝕性原理并提出了鈍化的概念,如臨界鉻含量,碳的作用和鉬的影響等。

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很快,不銹鋼實用價值在歐洲和美國被確認,工業(yè)不銹鋼牌號也陸續(xù)問世:1912~1914年,Brearley發(fā)明了含12-13%Cr的馬氏體不銹鋼并獲得專利;1911-1914年,美國人Dant-sizen發(fā)明了含14-16%Cr,0.07%~0.15%C的鐵素體不銹鋼;德國人Maurer和Strauss發(fā)明含1.0%C,15-20%Cr,<20%Ni的奧氏體不銹鋼,此后,在此基礎上發(fā)展了著名的18-8型不銹鋼(0.1%C-18%Cr-8%Ni)。

實際應用中,高碳奧氏體不銹鋼被發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕問題很嚴重,之后Bain提出了關于晶間腐蝕貧鉻理論,并于30年代初期在18-8型不銹鋼的基礎上發(fā)展了含鈦、鈮的穩(wěn)定化型奧氏體不銹鋼,即AISl321和AISl347。同時期還發(fā)明了鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼,并提出了超低碳(C≤0.03%)不銹鋼的概念,但限于當時的冶金裝備和工藝水平未能應用于工業(yè)中。

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早在1934年美國人Folog發(fā)明了沉淀硬化不銹鋼,在40~50年代馬氏體、半奧氏體沉淀硬化不銹鋼開始用于軍事和民用工業(yè)。這一系列是以美國鋼鐵公司(U.S.Steel)成功生產(chǎn)出Stainless W為起點。此外為了節(jié)省鎳元素發(fā)明了以錳代鎳的Cr-Ni-Mn-N系不銹鋼,即美國的AISl200系鋼種。

第二次世界大戰(zhàn)后,由于化肥工業(yè)和核燃料工業(yè)的發(fā)展,極大地刺激了不銹鋼的發(fā)展,并且由于氧氣煉鋼的出現(xiàn),1947年超低碳類型不銹鋼開始商品化。50年代中期,開發(fā)了耐蝕性優(yōu)良的高性能不銹鋼。60年代后期,馬氏體時效不銹鋼、TRIP(Transformation Induced Plasticity)不銹鋼、C+N≤150ppm的高純鐵素體不銹鋼相繼出現(xiàn)。近二十年來,受各種局部腐蝕破壞事故影響,和化學加工工業(yè)不斷采用新型催化劑和新工藝,在已有基礎上,發(fā)展了耐應力腐蝕、耐點蝕、耐縫隙腐蝕、耐腐蝕疲勞等專用不銹鋼,如雙相不銹鋼、高鉬不銹鋼、高硅不銹鋼等。為適應深沖成型和冷墩成型的需要還開發(fā)了易成型的專用不銹鋼品種。目前,不銹鋼鋼種系列也在不斷完善中。自20世紀60年代末期以來,各種生產(chǎn)不銹鋼的精煉設備和連鑄設備達產(chǎn),世界范圍內也已完成了用鈦穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼向低碳、超低碳奧氏體不銹鋼過渡,不銹鋼生產(chǎn)水平已經(jīng)邁上一個新臺階。

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我國不銹鋼工業(yè)發(fā)展較晚,1952年才開始工業(yè)化生產(chǎn)。1949年以后才用電弧爐大量生產(chǎn)不銹鋼,此前先生產(chǎn)Cr13型馬氏體不銹鋼,掌握生產(chǎn)技術后,再大量生產(chǎn)18-8型Cr-Ni奧氏體鋼,例如1Cr18Ni9Ti,開始于1952年。隨后為發(fā)展國內化學工業(yè),又開始生產(chǎn)含Mo2%-3%的1Cr18Ni12Mo2Ti和1Cr18Ni12Mo3Ti等。同時為節(jié)省貴重元素鎳,自1959年起開始仿制以Mn、N代Ni的1Cr17Mn6Ni5N和1Cr18Mn8Ni5N,1958年向AISI 204鋼中加入Mo2%-3%,研制了1Cr18Mn10Ni5Mo3N(204+Mo),用于全循環(huán)法尿素生產(chǎn)裝置以代替1Cr18Ni12Mo2Ti。

50年代末到60年代初,開始工業(yè)試制1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti和1Cr25Mo3Ti等無鎳鐵素體不銹鋼,并開始研究耐發(fā)煙硝酸腐蝕的高硅不銹鋼1Cr17Ni14Si4ALTi(相當于蘇聯(lián)牌號ЭИ654),此鋼種實際上是一種α+γ雙相不銹鋼。60年代開始,由于國內化工、航天、航空、原子能等工業(yè)發(fā)展的需要以及采用電爐氧氣煉鋼技術,一大批新鋼種,如17-4PH,17-7PH,PH15-7Mo等沉淀硬化不銹鋼,含C≤0.03%的超低碳不銹鋼00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2、00Cr18Ni14Mo3以及無Ni的Cr-Mn-N不銹鋼1Cr18Mn14Mo2N(A4)相繼研制成功并投入了生產(chǎn)。70年代起,為解決化工、原子能工業(yè)中所出現(xiàn)的18-8型Cr-Ni鋼的氯化物應力腐蝕問題,一些α+γCr-Ni雙相不銹鋼相繼研制完成并正式生產(chǎn)和應用,主要鋼號有1Cr21Ni5Ti、00Cr26Ni6Ti、00Cr26Ni7Mo2Ti、00Cr18Ni5Mo3Si2(3RE60)和00Cr18Ni6Mo3Si2Nb等。00Cr18Ni6Mo3Si2Nb是為了解決瑞典牌號3RE60焊后易出現(xiàn)單相鐵素體組織,導致耐蝕性和韌性下降而發(fā)展的含N、Nb的α+γ雙相不銹鋼。

進入八十年代,研制和仿制了含N的第二代α+γ雙相不銹鋼來解決氯化物的點蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕破壞,如00Cr22Ni5Mo2N、00Cr25Ni6Mo3N和00Cr25Ni7Mo3WCuN等,不但使我國的雙相不銹鋼體系形成,還深入研究了其組織和性能以及N在雙相不銹鋼中的作用機制。

七十年代以來,我國不銹鋼材料研究工作的其它重要進展有:研制了高強度和超高強度的馬氏體時效不銹鋼并投入工業(yè)試制與應用;采用真空感應爐、真空電子束爐和真空自耗爐冶煉并批量生產(chǎn)了C+N≤150-250ppm的高純鐵素體不銹鋼00Cr18Mo2、00Cr26Mo1和00Cr30Mo2;含Mo量≥4.5%的高Mo和高Mo含N的Cr-Ni奧氏體不銹鋼,例如研制成功00Cr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr18Ni18Mo5(N)、00Cr25Ni25Mo5N等并在化工、石化和海洋開發(fā)等領域中獲得了應用;在解決濃硝酸腐蝕和固溶態(tài)晶間腐蝕方面,研制了00Cr25Ni20Nb和幾種超低碳高硅不銹鋼。

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八十年代以來,超低碳并對鋼中磷含量和α相量嚴加控制的尿素級不銹鋼00Cr18Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N兩種牌號研制完成,它們的板、管、棒材、鍛件以及焊接材料均應用在大中型尿素工業(yè)中,且結果令人滿意;由于一些特殊鋼廠陸續(xù)建成冶煉不銹鋼的爐外精煉設備,例如AOD(氬氧精煉爐)、VOD(真空氧精煉爐)等并已投產(chǎn),使得我國不銹鋼的冶煉技術上了一個新臺階。它不僅使低碳、超低碳不銹鋼的生產(chǎn)變得輕而易舉,而且使不銹鋼實現(xiàn)了顯著的降本增效。由于含Ti的18-8型Cr-Ni奧氏體鋼存在一系列缺點,美、日等工業(yè)先進國家早在60年代便已經(jīng)實現(xiàn)了由含Ti不銹鋼到普遍采用低碳、超低碳不銹鋼的過渡,而我國是在1985—1990年間才大力進行低碳、超低碳不銹鋼的開發(fā)、生產(chǎn)與應用,進展喜人,例如1988年底我國低碳、超低碳18-8型不銹鋼產(chǎn)量已占我國不銹鋼產(chǎn)量的10%左右。但與不銹鋼生產(chǎn)、應用的先進國家相比(例如日、美等國含Ti的18-8型Cr-Ni鋼僅占不銹鋼產(chǎn)量的1.5%左右),差距仍然較大。八十年代,我國進行了控氮(N 0.05%—0.10%)和氮合金化(N>0.10%)Cr-Ni奧氏體不銹鋼的研制工作。試驗表明,N在Cr-Ni奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼中是一種惠而不費的合金元素。N元素的強化作用,能降低不銹鋼的晶間腐蝕敏感性,改善不銹鋼的耐蝕性,特別是改善不銹鋼的耐點蝕等方面的機理。

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