不锈钢简介及双相不锈钢冶炼(14页).doc
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1、-不锈钢简介及双相不锈钢冶炼-第 12 页1不锈钢分类钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中,其耐蚀性随钢中铬含量的增加而提高,当铬含量达到一定的百分比时,钢的耐蚀性发生突变,即从易生锈到不易生锈,从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜(钝化膜)的形成。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类,有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢;按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等;按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等。合金元素对不锈钢组织的作用在不锈钢常用的合金元素中,铬、钼、硅、铝、钛、铌等是铁素体形成元素,而碳、镍
2、、锰、氮是奥氏体元素。奥氏体形成元素:镍是扩大r的元素。锰和氮都是促进奥氏体形成的元素,因而可以代镍。但锰本身并不防蚀,不能单独使用,只用以代替部分的镍。钼能增加不锈钢的耐蚀性。铜能够提高铁素体不锈钢在某些还原性介质中的耐蚀性,并改变其韧性。在奥氏体不锈钢中加铜,可显著提高其在硫酸中的耐蚀性。碳在不锈钢中与铬形成碳化物,含碳量越高,形成的碳化铬越多,固溶体中的含铬量越低,钢的电极电位就越低,故钢的耐蚀性也越低,因而不锈钢一般要求较低的含碳量。不锈钢的强度和硬度随含碳量的增加而提高,因此,用以制造要求高硬度和高耐磨性的滚动轴承、刃具、弹簧等不锈钢,其含碳量较高,但需相应提高其含铬量(如9Cr18
3、)。钛和铌与碳亲和力比铬大,在不锈钢中能够优先形成碳化物,使铬能基本溶于固溶体中,从而避免晶界贫铬,减轻晶间腐蚀倾向。铝和硅能在钢的表面形成一层致密的氧化膜,提高钢的耐蚀性。奥氏体不锈钢指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢,其中Cr约18%、Ni 8%10%、C约0.1%。包括18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。在18-8型不锈钢的成分基础上演变,主要有以下几方面的重要发展:1) 加Mo改善点蚀和耐缝隙腐蚀2) 降C或加Ti、Nb,减少晶间腐蚀倾向3) 加Ni和Cr改善高温抗氧化性和强度4) 加Ni改善抗应力腐蚀性能
4、奥氏体不锈钢具有高韧性和塑性,但强度较低,不能通过相变强化。奥氏体不锈钢的生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%。GBASTMJISDIN1Cr17Ni7301SUS301X12CrNi1771Cr18Ni9302SUS302X12CrNi1881Cr18Ni10303SUS303X12CrNiS1880Cr18Ni9304SUS304X5CrNi18900Cr19Ni10304LSUS304LX2CrNi1890Cr17Ni12Mo2316SUS316X5CrNiMo181000Cr17Ni14Mo2316LSUS316LX2CrNiMo18100Cr18Ni10Ti321SUS321
5、X10CrNiTi1890Cr19Ni13Mo3317SUS317X2CrNiMo18161)铁素体相对奥氏体不锈钢性能的影响F相一般都对奥氏体不锈钢的性能带来不利的影响:如钢的耐点蚀性下降,在诸多腐蚀环境中(如尿素生产)耐蚀性劣化;在高温下长时间加热时,F相会转变为相使钢变脆等。铁素体相含量的粗略判定:%Si+%Mo,Nieq=%Ni+30%Mn铁素体相消除的根本方法是提高钢中奥氏体形成元素如Ni、Mn和N的含量。2)奥氏体不锈钢铸件为了提高钢液的流动性,改善铸造性能,铸造钢种合金成分应有所调整:提高Si含量,放宽Cr、Ni含量的区间,并提高杂质元素S的含量上限。奥氏体不锈钢使用前应进行固溶
6、处理,以便最大限度地将钢中的碳化物等各种析出相固溶到奥氏体基体中,同时也使组织均匀化及消除应力,从而保证优良的耐蚀性和力学性能。正确的固溶处理制度为10501150加热后水冷(细薄件也可空冷)。固溶处理温度视钢的合金化程度而定:无Mo或低Mo钢种应较低(1100),而更高合金化的牌号如00Cr20Ni18Mo6CuN、00Cr25Ni22Mo2N等宜较高(10801150)。3)由于合金元素(特别是Cr)含量高而C含量又低,多采用电弧炉加氩氧脱碳(AOD)或真空脱氧脱碳(VOD)法大批量生产,对于高级牌号的小批量产品可采用真空或非真空非感应炉冶炼,必要时加电渣重熔。奥氏体不锈钢使用前进行固溶处
7、理。固溶处理工艺为10501150加热后水冷(细薄件也可空冷)。4)奥氏体不锈钢生产工艺性能良好,特别是铬镍奥氏体不锈钢,采用生产特殊钢的常规手段可以顺利地生产出各种常用规格的板、管、带、丝、棒材以及锻件和铸件。铬镍奥氏体不锈钢优良的热塑性使其易于施以锻造、轧制、热穿孔和挤压等热加工,钢锭加热温度为11501260,变形温度范围一般为9001150,含Cu、N以及用Ti、Nb稳定化的钢种偏靠低温,而高Cr、Mo钢种偏靠高温。由于导热差,保温时间应较长。热加工后工件空冷即可。5)铬锰奥氏体不锈钢热裂纹敏感性较强,钢锭开坯时要小变形、多道次,锻件宜堆冷。可以进行冷轧、冷拔和旋压等冷加工工艺和冲压、
8、弯曲、卷边与折叠等成形操作。6)铬镍奥氏体不锈钢加工硬化倾向较铬锰钢弱,一次退火后冷变形量可以达到70%90%,但铬锰奥氏体不锈钢由于变形抗力大,加工硬化倾向强,应增加中间软化退火次数。一般中间软化退火处理为10501100水冷。铁素体不锈钢铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%30%,具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍。这类钢导热系数大,膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良,多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点,限制了应用。代表的典型钢种为405、409、430、434等。409最廉价的型号(英美
9、),通常用作汽车排气管,属铁素体不锈钢(铬钢)。430铁素体不锈钢,装饰用,例如用于汽车饰品。良好的成型性,但耐温性和抗腐蚀性要差。马氏体不锈钢马氏体不锈钢通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢。典型牌号为Cr13型,如2Cr13、3Cr13、4Cr13等。淬火后硬度较高,不同回火温度具有不同强韧性组合,主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。沉淀硬化不锈钢沉淀硬化不锈钢是一类沉淀硬化元素(Cu、Al、Ti、Nb)的铁铬镍合金,可通过热处理强化,此类钢具有高强度、足够的韧性及适宜的耐蚀性,主要用于航天和一些高技术产业。典型的代表钢号为0Cr17Ni4Cu4Nb。630最常用的(马氏体)沉淀硬化
10、不锈钢型号,通常也叫17-4;17%Cr,4%Ni。奥氏体-铁素体双相不锈钢是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下,Cr含量在18%28%,Ni含量在3%10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti,N等合金元素。典型的代表钢号为0Cr26Ni5Mo2等。根据合金的成分判断是否属于奥氏体-铁素体双相不锈钢,可参照图1进行确定。图1修正的舍菲尔不锈钢组织图按合金含量分为低合金型、中合金型、高合金型和超级型。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点,与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性,耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高,同时还保持有铁素体不锈钢的475脆性以及导热系数高,
11、具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比,强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能。应用范围:1)石油和天然气行业:输油、输气线路管道。炼油工业:南京、天津、济南等炼化公司蒸馏塔内的空冷器、水冷器、塔内构件等。2)化学和石化加工工业。中小型甲醇合成发应器的触媒管。上海石化公司、齐鲁石化公司等厂的冷却器。3)化肥工业。尿素压缩机的冷却器、泵体。4)运输工业。海上化学品运输行业,热轧板。2205双相不锈钢已取代316L、317L奥氏体不锈钢,成为海上化学品船的标准用材。5)造纸、制盐工业。盐水、硝芒蒸发罐衬里和复合板。造纸业行业的蒸煮锅、漂白设备。6)家用设备电热
12、水器、高位水箱等。2双相不锈钢的冶炼常用的铸造双相不锈钢牌号有ZG03Cr26Ni5Cu3Mo3N、ZG03Cr26Ni5Mo3N、ZG03Cr19Ni11Mo3N、ZG03Cr19Ni11Mo2N、ZG08Cr19Ni11Mo2Nb、ZG03Cr18Ni10N和00Cr22Ni5Mo3N等。采用电炉或感应炉和AOD炉双联进行生产,先将废钢和原料在感应炉中熔化,然后在AOD炉内脱碳和精炼。传统AOD入炉钢水的碳含量为1.52.0,电炉粗钢水用钢包倒入AOD炉后,首先进入脱碳期进行脱碳,一般分为45期脱碳,一期将碳降到0.3,二期将碳降到0.15,三期将碳降到0.05,四期用钢中的氧脱碳。脱碳达
13、到目标值后,进入还原阶段,还原渣子中的铬等金属,并对钢水脱氧。然后进行成分的调整和出钢。生产流程为:金属料、铬料等炉料电弧炉或感应炉熔化半钢水1560 左右出钢水,装入AOD炉进行精炼吹入O2、Ar或N2,进行氧化脱碳加FeSi、CaO、Al还原通入惰性气体精炼加脱硫剂、合金元素进行成分温度微调出钢浇注。上述生产流程的主要控制点如下:2.2.1 C的质量分数控制不锈钢的化学组成中要求较低的含碳量和较高的的含铬量。这是由于C降低了钢的耐腐蚀性能,Cr等元素可极大的提高钢的耐蚀性能。在炼钢过程中铬和碳的氧化几乎同时反应。在某温度以下,铬可先于碳氧化,而在另一温度下碳可抑制铬的氧化。这就要求使碳和铬
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