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不锈钢的诞生和钢种的发展

作者:原创 时间:2019-12-28
不锈钢的诞生和钢种的发展
 
本世纪初,由于理论的进步和工业发展的需要,不锈钢同时在几个国家得到了发展。
 
1913年夏,H.Brearley在研制舰炮枪管用钢时发明了可硬化不锈钢,并发表了一篇题为《耐腐蚀性取决于热处理范围和合金成分》的论文。从此,可淬铁铬碳合金作为一种实用的不锈钢诞生了。这是一系列具有淬透性的不锈钢,称为“马氏体不锈钢”。结果表明,钢的成分范围为:
 
[C]<0.70%,[]=9-16%。
 
含0.35%C和13%Cr的钢主要用于制造工具,即目前的3Crl3(AISI 420)钢。
 
1912年,当C.dantsizen从事电阻丝的研究时,他开发了一种铬含量与brearl钢相同,但碳含量低、硬度很低的材料。1914年,他提出钢的成分范围应为:0.07-0.15%C,14-16%CR。这是一种低碳铁素体Cr13系列不锈钢,其成分与目前的1Cr13相似。
 
1924年,F.M.beeket开发了一种铬含量更高的不锈钢(含25-27%的铬),相当于目前的铁素体不锈钢(AISI 446)。
 
同时,还开发了不同于铬铁系不锈钢的铁铬镍系不锈钢。
 
从1909年到1912年,E.Maurer和B.Strauss在研究热电偶套管用钢时,对高铬钢和铬镍钢进行了比较和分析。结果表明,高耐蚀铬镍不锈钢已于1912年商品化。他们将高铬马氏体不锈钢命名为“v1m”,将奥氏体系统命名为“V2a”,这是当今18-8不锈钢的原型。其组成范围为:0.25%C,20%Cr,7%Ni。后来,通过对耐蚀性、加工性和力学性能的不断研究,V2a钢发展成为1Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti钢(AISI302和304),并广泛应用于各种不锈钢工程中。
 
1910-1914年,以1cr13-4cr13、cr17-cr28、18-8等为基础的马氏体、铁素体和奥氏体不锈钢相继问世。可以说,经过100多年的研究,人类终于找到了具有工业实用性的不锈钢原型。此后,对不锈钢的研究只停留在腐蚀理论上,并根据日益增长的使用要求对成分进行了适当的调整,从而开发出了许多新的钢种;但总的来说,并没有超出最初确定的这些主要钢种本世纪的。因此,可以认为不锈钢诞生于1910-1914年,而未来70年正是在此基础上不断发展和完善的。
 
从1910年到1914年,不锈钢的组织为马氏体、铁素体和奥氏体。从化学成分上看,主要属于Fe-Cr和Fe-Cr-Ni两个体系。从第一次世界大战结束到第二次世界大战结束的近30年(1919-1945),随着各行业的发展,不锈钢在原有的两种制度和三种组织状态的基础上,根据工作条件的不同而有所区别,通过提高和降低碳含量,添加多种合金元素,开发出许多新型不锈钢。从二战结束到现在,为了满足抗海水或盐腐蚀、吸收伽马射线和中子、获得超高强度、节约镍等方面的需要,抗点蚀不锈钢、原f亚工业不锈钢,研制了沉淀硬化不锈钢和mn-n取代镍不锈钢。近年来,为了解决奥氏体不锈钢的晶间腐蚀和应力腐蚀问题,分别开发了超低碳不锈钢和超纯铁素体不锈钢。目前,不锈钢已投放市场230多种,常用不锈钢近50种。其中约80%是奥氏体不锈钢(18cr 8 Ni)的衍生物,其余20%是13cr钢的衍生物。
 
需要指出的是,不锈钢最重要的研究和发展集中在两个方面。第一个方面是提高钢的耐腐蚀性。18-8钢晶间腐蚀的研究不仅发展了钢的类型,提出了解决这一问题的工艺方法,而且促进了不锈钢钝化和腐蚀机理的研究。第二个方面是高强度不锈钢(即沉淀硬化不锈钢)的发展。这种钢是二战后随着航天和火箭技术的发展而发展起来的。其中,半奥氏体沉淀硬化不锈钢具有优越的工艺性能(17-7ph型),固溶处理后易加工成形,后续强化热处理(时效处理)温度不高,变形很小。在美国,这种钢主要用于航空结构的不锈钢工程,并已大量生产。类似的不锈钢工程钢种也在各国投入使用。