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不锈钢的最新研究进展系统论述
2017年06月12日 15:22 温州俊企不锈钢有限公司
导读:
不锈钢是一类重要的钢材,它们通常在腐蚀性环境中使用,发挥其出色的耐蚀性,从本期开始连续刊载不锈钢的最新进展 ,内容来自一篇文章综述,由金属材料科学与技术微信公众平台独家编译,希望对读者有帮助,并带您走进不锈钢的世界,今天介绍第一辑:不锈钢的分类与消费现状。
不锈钢的起源和不锈钢的一般分类
毫无疑问,不锈钢是一类重要的合金。它们的重要性体现在依赖于它们的全面应用。
从低端应用,如炊具和家具,到非常复杂的应用,如太空飞船,不锈钢的使用总是不可或缺的。事实上,在我们的日常生活中不锈钢无所不在,使得我们很难一一列举它们的应用。

不锈钢餐具
术语“钢”意指用铁构成的材料主体,而形容词“不锈钢”的使用,意味着在“正常”钢易受环境影响的污染、生锈或腐蚀环境中(例如,相对纯的、干燥的空气)可以正常服役的钢。
为了赋予钢的“不锈特性”,铬必须加入至少约11wt.%。在这种Cr水平下,在相对良性的环境中可在钢表面上形成粘附的自愈合氧化铬。

然而,为了防止在更恶劣的环境(例如在潮湿气候或污染的环境中)或在诸如碳的元素的存在下防止点蚀和生锈,必须添加更高的Cr含量。虽然Fe-Cr系统形成基础,但除了Cr之外,现代不锈钢还包含许多其它合金元素,其存在增强了特定的性能。

奥氏体不锈钢微观组织
添加Mo以增强对点蚀的抵抗力,并且添加Ni用于获得奥氏体。对于某些等级,例如超级超导和超稳定性,含有大量这些合金元素的情况并不罕见。
当大量添加Cr和Ni的含量时,所得到的合金被称为耐热合金。虽然在不锈钢中可能存在一些杂质合金元素,但是它们的总含量通常保持在铁含量以下,将所得合金保持为钢。
不锈钢中存在三种主要类型的微结构,即铁素体、奥氏体和马氏体。这些微结构可以通过适当调节钢的化学性质来获得。
在这三个主要微观结构中,不锈钢可以分为几个主要类别:(1)铁素体不锈钢,(2)奥氏体不锈钢,(3)马氏体不锈钢,(4)双相不锈钢,(5)沉淀硬化不锈钢和(6)Mn-N取代的奥氏体不锈钢。

双相不锈钢微观组织
不同类别的不锈钢具有不同的性质。例如,完全奥氏体不锈钢是非磁性的,但它们的马氏体和铁素体对应物具有铁磁性。
各种不锈钢的不同性质已经被广泛研究了很长时间,因此在文献中有非常详细地记载。关于不锈钢的早期手册,其中包含一系列信息性文章,是这个主题的一个很好的信息来源。

全球不锈钢生产和消费现状

如上所述,不锈钢的使用非常广泛。不锈钢的重要性可以通过观察一些主要经济体的生产和消费量来了解(表1)。这些数字显示,在上世纪90年代,不锈钢的消费每年都有上升趋势。
表1 主要经济体的不锈钢消费
虽然表1显示了上个世纪的趋势,表2给出了自2000年以来主要大陆的更新数据。表2清楚地表明,不锈钢和耐热钢的生产吨数不断上升。表2显示,亚洲的经济正在快速膨胀,占全世界不锈钢的很大一部分。

表2 2001至2007年不锈钢和耐热粗钢产量
在亚洲国家中,中国生产的吨位特别高。例如,中国已超过日本作为世界上不锈钢的主要生产国,2006年人均消费量超过4.6公斤。

不锈钢中的沉淀物
不可避免地,在高温下使用大量不锈钢部件。在高温暴露时,各种类型的不锈钢中可能沉淀出许多相,并且它们的沉淀对性能具有深远的影响。
这些相中的一些,如M23C6碳化物,可能是所有类别的共同特点,但其中一些不是。例如,富铬的BCC铁氧体(通常表示为ɑ′Cr)仅属于铁素体和马氏体类(和双相类的铁素体相)。Hagg碳化物M5C2通常仅在碳含量达到非常高的水平时(如在渗碳中遇到的)形成。

由于对不锈钢进行了如此广泛的研究,可以对其中形成的各种相进行很好的表征。
然而,正如本文后续部分所述,一个被称为J相的新相最近才在Fe-Cr系统中被发现。不包括J相,在表3中列出了不锈钢中通常遇到的其它相。
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