| 不锈钢和高镍耐蚀合金材料研究与应用 |
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来源：中国建材报
作者：
时间：2009/2/10
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不锈钢和高镍耐蚀合金是最重要的耐蚀金属材料，对这种材料的研究生产与应用在很大程度上不仅标志着一个国家所具有的特殊钢工业的发展水平，同时也标志着一个国家的现代工业和人民现代生活的发展水平。
1949年以前，我国既没有自己的不锈钢工业，更谈不上不锈钢和高镍耐蚀合金的研究与应用。我国对不锈钢和高镍耐蚀材料的开发与研究起步较晚，从1960年开始研制生产与应用高镍耐蚀合金材料，从无到有，取得了显著进步，基本满足了国内工业发展的需求。值得指出的是，我国的不锈钢产量在改革开放以后，特别是2000年以来，进入了世界上前所未有的跨越式的高速发展期。粗钢产量已从2000年前的不足40万吨/年达到2008年的710万吨的水平，跃居世界首位，目前是世界上最大的不锈钢生产国，正在向世界不锈钢强国方向迈进。
上世纪60年代，我国开始高硅双相不锈钢、沉淀硬化不锈钢的研究与应用。上世纪70年代，随着我国原子能工业、动力（常规电厂）工业和石油、化学工业中所用18-8型和18-12-2型Cr-Ni和Cr-Ni-Mo奥氏体不锈钢设备、部件出现的应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和腐蚀疲劳等局部腐蚀破坏事例，除进行了数十例不锈钢重要设备、部件的失效分析外，我国开始研究与应用Cr-Ni双相（α+γ）不锈钢和新的高镍耐蚀合金。在此过程中，研究了双相不锈钢加热与冷却过程的组织转变、双相不锈钢中温时效脆化的机制、钢中相比例的控制及适宜氮含量对提高双相不锈钢耐蚀性的作用机理等。
1976年，为解决耐浓HNO3和耐固溶态晶间腐蚀问题，研制了超低碳（≦0.025%）并含铌的00Cr25Ni20Nb不锈钢和高硅奥氏体不锈钢00Cr17Ni14Si4等。前者可用于高温下耐浓度≦85%的HNO3，后者则可用于耐发烟硝酸和解决Cr+6引起的非敏化态晶间腐蚀。值得指出的是，国外类似用途仍在采用00Cr25Ni20Nb。
我国为了满足300/600MW发电机组末级叶片使用的17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢的需要，上世纪70年代又深入研究了该钢种的生产工艺和微量元素的影响，使国产17-4PH的性能达到了用户所需的技术要求。同期，国内还发展了多种马氏体时效有锈钢并开展了相应的研究工作。
上世纪70年代还研究并仿制了C+N≦0.015%~0.025%的高纯铁素体不锈钢00Cr18Mo2、00Cr26Mo1和00Cr30Mo2等。研究表明，铁素体不锈钢的脆性转变温度高、韧性差，对晶间腐蚀远比奥氏体不锈钢敏感，并且存在尺寸效应和冷却速度效应的主要原因是钢中碳、氮化物的析出。
上世纪80到90年代，国内为了解决水电站设备的气蚀、磨蚀问题，1981年开始，研究发展了低碳马氏体不锈钢0Cr13Ni5Mo，并利用板条状马氏体和逆转变奥氏体两相比例的控制，解决了钢的强度与韧性的匹配问题。此钢用于葛洲坝工程制造水轮机转轮，经过5×104h的长期使用，性能很好；为解决大型水电站和三峡工程水轮机用有锈钢特厚板的需要，又发展了超低碳马氏体不锈钢00Cr13Ni5Mo。为了适应我国发展大型火电机组护环用无磁不锈钢的需求，上世纪80年代，齐齐哈尔钢厂与第一重机厂合作，采用10吨电渣炉工业试制了高锰高氮的无磁不锈钢1Cr18Mn18N0.5,取得了满意的结果。
针对国内大型化肥、化纤和化学工业发展的需要，研究发展了高钼不锈钢，和尿素级不锈钢等。00Cr20Ni25Mo4.5Cu钢耐稀硫酸、甲酸、磷酸、醋酸，在磷复肥和大型化纤工业中获得了应用；00Cr18Ni18Mo5（N）钢，在制碱工业中用于碳化塔冷却管（与海水、NH4CL相触），长期使用，效果良好；尿素级00Cr18Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N钢主要用于大中型氮肥厂的高温、高压尿素生产装置中，其性能基本达到了国外进口材料的水平。研究了钼、氮等元素对Cr-Ni奥氏体不锈钢耐蚀性的影响，结果表明，只有当钢中含有足够量的铬时钼的良好作用才有效；钼提高了不锈钢的耐蚀性，但其作用是间接的,这可能与钢中钼的溶解，加速不锈钢的钝化和MoO42-的缓蚀作用有关；适量氮可提高Cr-Ni奥氏体不锈钢的耐蚀性，特别是耐点蚀和耐敏化态晶间腐蚀的性能。氮的此种作用主要是由于钢中氮在金属与表面膜之间的界面处富集和钝化膜中铬浓度的增加及氮抑制了钢中碳化物的析出。研究表明，在常用Cr-Ni奥氏体不锈钢中，氮含量高于0.12%将降低钢的热塑性，从而影响钢的热加工性能。
为解决高温浓硫酸（93%~98%）的腐蚀问题，国内研究并发展了硅含量不大于6%且含钼、铜的高硅不锈钢（SS920）并申请了专利。由于氧化硅保护膜的形成，使此钢耐高温浓硫酸的性能极佳，此钢已用于硫酸生产厂的有关设备和部件。
进一步研制成功了双相不锈钢，使我国的双相不锈钢形成了系列。
为改变我国Cr-Ni不锈钢生产和使用中有诸多缺点的含钛0~1Cr18Ni9Ti不锈钢占一统局面的不合理构成，开展了用低碳、超低碳不锈钢代替含钛Cr-Ni不锈钢的科研、生产和应用工作，并取得了一定的进展。我国在大型尿素生产装置中首先发现了二氧化碳汽提塔中使用的尿素级00Cr18Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N等不锈钢中也存在着非敏化态晶间腐蚀并导致设备和部件的损坏。研究指出了磷等杂质元素沿晶界偏聚是产生此种非敏化态晶间腐蚀的主要原因。
采用稀土同位素（Ce141）研究铈对00Cr18Ni14Mo2钢耐点蚀性能影响的结果表明，由于铈的脱硫作用和能使钢中非金属夹杂物变性，特别是稀土氧化物可包在易产生点蚀源的硫化锰夹杂的周围，因而加入适量铈的00Cr18Ni14Mo2不锈钢的耐点蚀性能有显著提高。
通过对轻工系统大量应用的2Cr13餐具用不锈钢锈蚀原因的分析研究，得知炼钢过程中用铝脱氧是非常有害的。因为氧化铝夹杂可导致不锈钢表面锈点的形成。钢厂改用硅脱氧后，使这一问题得到了解决。
随着我国大型核电和核动力工程的进一步发展，为了提高超低碳不锈钢的强度和改善其耐蚀性，研制了控氮Cr-Ni奥氏体不锈钢；为了进一步提高压水堆核电站蒸发器的安全、可靠性，开展了0Cr30Ni60Fe10(Inconol690)耐蚀合金的试验室研究工作。
2000年以来，我国不锈钢材料，特别是与人民生活相关的民用不锈钢的研究、开发与应用也进入了一个新阶段。主要表现在民用不锈钢，特别是现代铁素体不锈钢的研究与应用更加广泛、迅速；选用薄截面尺寸的现代铁素体不锈钢在许多用途中可以代替Cr-Ni奥氏体不锈钢已取得广泛共识；不锈钢生产企业，特别是国营和中外合资的大中型企业直接开发国内外已成熟和较为成熟的不锈钢牌号并迅速投入生产与应用，并已成为这一阶段我国不锈钢材料开发的主体；中国特钢企业协会不锈钢分会在推动我国不锈钢新材料的开发与应用中发挥了重要作用。
2000年以前，我国很少生产的铁素体不锈钢，例如00Cr11Ti（409），1Cr17（430）等现已进行大量生产与应用，解决了应用中所遇到的冷成型、焊接过程中所遇到的一些技术难题。与此同时，还仿制并生产了新一代的现代铁素体不锈钢如00Cr21Ti/Nb(443)和00Cr22MoTi/Nb(445)，高纯铁素体不锈钢00Cr30Mo2和一些超级铁素体不锈钢也在研制之中。上述现代铁素体不锈钢主要用于家用电器，厨房设备、器具，建筑装饰，城市建设和汽车等用途中。
（α+γ）双相不锈钢已大量生产与应用，经济型双相不锈钢及超级双相不锈钢等正在开发之中，具有我国自主知识产权的经济型双相不锈钢正在研发之中。
2008年我国不锈钢粗钢产量达到710万吨左右。不锈钢的发展已取得了令全世界瞩目的成就，也令国人振奋，目前我国正向着世界不锈钢强国迈进。
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