铁素体不锈钢产品技术

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1、宝钢铁素体不锈钢产品的开发    摘 要：简述了不锈钢的产线，针对不同用途铁素体不锈钢系列的开发是建立在Thermo-Calc模拟的基础之上的，因而该软件已成为研发工作的手段之一。根据铁素体不锈钢产品在实际应用过程中的技术要求，该软件可以进行合金体系的设计、析出相的分析以及加工过程工艺参数的优化。所开发的铁素体不锈钢产品系列在强度、延伸率、成形性、焊接性以及耐蚀性等方面具有优良的性能。宝钢已经形成了一个较齐全的铁素体不锈钢产品系列，该产品系列可以对公司的盈利以及产品的多样化起到一定的作用。      关键词：铁素体 不锈钢 合金设计一、前言   在200

2、4年投产的不锈钢分公司热轧产线和1996年投产的宁波宝新公司冷轧产线整合之后，越来越多的不锈钢带钢被开发出来，并且成为宝钢的战略性产品。由于不锈钢是高技术含量和高附加值的产品，宝钢非常关注这个产品系列。对于该系列的产品，宝钢的目标首先就是获得高水平的产品质量；同时，宝钢还着眼于产品生产过程的成本因素；另外，新开发的产品还必须满足用户对于产品性能和表面质量方面的高要求。   随着2005年不锈钢研究所，特别是2008年不锈钢技术中心的成立，宝钢不锈钢产品的研究和开发工作进展迅速。在这个过程中，产品开发和基础研究并驾齐驱。产品开发重点关注于铁素体不锈钢、双相

3、不锈钢以及氮合金化奥氏体不锈钢；基础研究着眼于产品性能、化学成分和过程处理参数等之间的关系。   产品开发工作中所面临的最大挑战之一就是如何平衡产品的性能和成本。毫无疑问，像镍、铬等原材料价格的不断波动是一项主要制约产品成本的因素，因此，产品开发工作应该着眼于少镍甚至无镍不锈钢产品，如铁素体不锈钢、双相不锈钢以及氮合金化奥氏体不锈钢。   对于铁素体不锈钢来说，目前研发过程中主要关注于提高产品的冷成形性和韧脆转变行为。通过微合金化，铁素体不锈钢的性能能够显著地提高。一方面，采用Ti或(和)Nb可以提高凝固组织中等轴细晶组织的比例，有利于钢种冷成形性的提高

4、；另外，如果铁素体不锈钢具有高的韧脆转变温度(DBTT)，它在低温下作为结构材料的使用就会受到局限。   对于含氮不锈钢，在钢的液态和成品组织中控制氮的含量对于控制成品的机械性能和耐蚀性能是最重要的。另外，通过氮含量来替代钢中的镍含量对于用户来说在成本上更能接受。   此文重点关注宝钢过去几年铁素体带钢的开发。   二、产品开发过程中Thermo-Calc软件的应用世界上众多企业已经成功将Thermo-Calc软件应用于不锈钢产品的合金设计和过程优化，非常典型的事例就是Sandvik钢铁公司对于双相不锈钢进行的合金设计。   该软件几年前被引进到宝钢，成

5、为研发工作的手段之一，下文将给出一些应用实例。   1、铁素体不锈钢高温相组织的预测   对于不同的合金成分体系和温度区间，铁素体不锈钢可能会存在铁素体和奥氏体的混合组织。例如，11％Cr的SUS410S和   17％Cr的SUS430的相图如图一(a)和图一(b)所示。从图中可以看出，计算结果和实际组织有比较好的对应，图二为高温下的实际组织。             图一采用Thermo-Calc软件模拟的铁素体不锈钢的相组织       （a）SUS410S（1200℃）            （b）SUS430（1150℃）            

6、        图二 SUS410S和SUS430高温下的实际组织   对于SUS410S，随着温度的升高存在着不同的相组织：810～871℃时为铁素体和奥氏体混合组织，871～1086℃时为奥氏体单相组织，1086～1311℃时又为混合组织，而1311℃以上又成为单相组织；对于SUS430来说则完全不同：839～1270℃时为铁素体和奥氏体混合组织，而l270℃以上为铁素体单相组织。上述结果为不锈钢产品的合金设计以及热加工参数的优化提供了很好的帮助。   2、凝固过程中碳氮化物析出相的预测   为了得到更好的成形性、耐蚀性和焊接性等，铁素体不锈钢经常采

7、用Nb或Ti元素的单稳定或者Nb和Ti的双稳定来进行合金化，在产品生产的各过程中会经常发生碳氮化物的析出，这种析出行为会影响Nb、Ti以及C、N在铁素体不锈钢中的状态。   Thermo-Calc软件可以用来预测不同温度区间析出相的种类。给出两个例子来说明，图三给出了有同样Nb加Ti含量，但碳加氮含量不同的两种钢的碳氮化物的析出情况。可以看出，凝固后，高的碳加氮含量会产生更多的氮化物：ωc+ωN=0.009％时，析出相摩尔分数为0.034％；而当ωc+ωN=0.022％时，析出分数为0.055％。                 图三  不同C、N含量钢

8、的碳氮化物析出情况   有趣的是，根据Thermo-Calc软件的模拟(ωc+ω