铁素体不锈钢定义

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定义：在室温和高温均具有完全铁素体结构（α-体心立方）或以铁素体为主体的结构的一系列铁基合金，Cr含量不小于10.5%。

 

 

美国C.Dantsizen在1911～1914年间开发了14～16%Cr，0.07-0.15%C的铁素体不锈钢，为Cr17型（430）的原型钢。

 

此类钢在加热与冷却过程中没有“相变”，是一类不能用热处理方法提高强度和硬度的不锈钢。

 

铁素体不锈钢的分类

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根据铬含量可分为低铬，中铬和高铬三类。

低 铬 型 : 铬10.5%～16%，代表牌号如0Cr11Ti（409）、00Cr13（405）。

中铬型: 铬16%-25%，代表牌号如1Cr17(430)、00Cr21Ti (443)、00Cr22MoTi（445）。

高铬型：铬大于25%，代表牌号如00Cr27Mo4Ni2NbTi（446）、00Cr29Mo4Ni2NbTi（447）。

 

根据钢的洁净度，特别是碳、氮杂质含量，可分为普通铁素体不锈钢（C+N≥350ppm）和超纯铁素体不锈钢（又叫现代铁素体不锈钢）。

普通铁素体不锈钢有低温和室温脆性，缺口敏感性及较高的晶间腐蚀倾向，焊接性较差等缺点。

点蚀当量指数PREN(Cr%+3.3Mo%)≥35、C+N≤300ppm的高性能铁素体不锈钢称为超级铁素体不锈钢。

 

 铁素体不锈钢的发展

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铁素体不锈钢是不锈钢家族中的重要成员，产量仅次于奥氏不锈钢，处于第二位。

 

第一阶段，从发明不锈钢到20世纪60年代。这阶段的铁素体不锈钢的研究，主要集中在牌号的开发， 20世纪50年代，基本形成了该类钢系列，即“400系”。Cr含量15%-26%。

 

第二阶段，伴随AOD/VOD炉外精炼技术的成熟，铁素体不锈钢飞速发展。此阶段的主要研究工作围绕在采用真空冶金和炉外精炼技术降低铁素体不锈钢中的碳、氮含量以及C+N总量上，同时进一步利用铌、钛元素稳定碳、氮含量并优化性能。开发出了一系列超低碳、氮（C+N≤300ppm）的铁素体不锈钢。特别是在2000年前后，受镍价飙升的影响，高性能铁素体不锈钢得以快速发展和应用，并逐步形成了超级铁素体不锈钢系列。

 

 铁素体不锈钢的化学成分特点

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C含量：≤0.15%（现代铁素体不锈钢均为低C、N和超低C、N型）；

Cr含量：10.5~30%，含Cr范围是五大类不锈钢中最宽的；

Mo含量：  0~4% ；

Ti、Nb含量：现代铁素体不锈钢多为加Ti或Nb单稳定化和Ti+Nb双稳定化 ；

Ni含量：   超级铁素体不锈钢均含有1～4％的Ni。 

 

代表性牌号 0Cr11Ti(409)和0～1Cr17(430) 这两个牌号的产量约占铁素体不锈钢总产量的80%~90%。

 

 铁素体不锈钢的耐腐蚀性能

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耐全面腐蚀性广泛，低铬牌号具有不锈性，而中、高铬牌号则在各种酸、碱、盐等强腐蚀介质中具有良好的耐蚀性；

 

耐点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等局部腐蚀的性能优良；

--随钢中的Cr、Mo量的增加，耐点蚀、耐缝隙腐蚀的性能提高，可以根据钢中PRE值即Cr%+3.3×Mo%数值的高低来判断钢的耐点蚀、耐缝隙腐蚀性能的优劣；

-- 耐应力腐蚀性能优异(免疫)  ，在氯化物介质中优于铬镍奥氏体不锈钢；在含氧化剂的碱介质（如NaOH）中，还优于纯镍；至今尚未发现铁素体不锈钢发生氯化物应力腐蚀的实例。

 

对晶间腐蚀敏感 ，焊后热影响区易产生晶间腐蚀，仅降低钢中碳量≦0.03％也不能防止。若用于焊接用途必须选用含Ti、 Nb和Ti+Nb的牌号或焊后进行热处理。

 

 铁素体不锈钢的力学性能

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高强度，低塑韧性。强度是普通奥氏体不锈钢的2倍；

 

有脆性转变温度，这种现象与普碳钢和低合金钢完全一样。铁素体不锈钢的脆转温度受以下因素影响：

1）钢中C、N、O等杂质含量；

2）钢中含Cr量；

3）钢的截面尺寸；

4）热处理及焊后冷却速度。

实践表明：只要选用薄截面尺寸的铁素体不锈钢，就会在室温和较低温度下获得较满意的韧性。

 

有三个脆性区：

475℃（α'析出）脆性区；

600~800℃中温脆性区（ σ相析出）；  

 ≥900℃高温脆性区（晶粒粗大，C、N化合物析出）；

不能在脆性区温度范围内长期使用（一旦出现脆性可在高于上述温度保温后快冷便可消除）。

 

 铁素体不锈钢的冷成形性能

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铁素体不锈钢具有优良的冷成形性，深冲性能优于Cr-Ni奥氏体不锈钢，延迟断裂敏感性低于Cr-Ni奥氏体不锈钢；

 

大量用于深冲等苛刻冷成形用途的Cr17型（如0Cr17-430）等不锈钢，采取成份最佳化（降低钢中C、N量和加入Ti、Nb）与工艺最优化（减少柱状晶，控制冷、热加工和热处理工艺）相结合，还可有效地提高钢的抗皱性。

 

 

 铁素体不锈钢的焊接性能

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传统铁素体不锈钢（电炉单炼，常规C、N含量等）因焊后脆性和晶间腐蚀敏感性，一般不用于焊接用途，若需焊接，则需焊后热处理。

 

较薄截面尺寸的现代铁素体不锈钢（炉外精炼并加工生产的含Ti、Nb的低C、N和超低C、N的高纯化牌号），采用适宜的焊接工艺可以获得满意的焊后性能。

 

易出现的问题：

-- 焊缝容易出现柱状晶(Nb稳定化），热影响区组织容易长大（Ti稳定化），导致其塑韧性降低

-- 若稳定化不够，焊后容易出现晶间腐蚀倾向

-- 焊接保护不好，容易出现氧化色，导致其耐蚀性下降

 

 

 铁素体不锈钢的物理性能

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有磁性，为导磁不锈钢；

线膨胀系数较低，仅为奥氏体不锈钢的1/3左右（适用于有热胀冷缩的条件下）；

热导率高，约为奥氏体不锈钢的1.3～1.5倍（适用于需热交换的一些用途）。

 

 铁素体不锈钢的优点和缺点

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优点：

不含镍或个别钢号含少量镍--节约镍、成本低

屈服强度高，加工硬化率低，易于冷加工

导热系数高，适用于热交换的用途

导磁性能高

热膨胀系数小

对应力腐蚀不敏感

 

缺点

475度脆性

中温脆性

高温脆性

韧脆转变温度

晶间腐蚀倾向

 

 大力发展铁素体不锈钢

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国家支持：“十一五”科技支撑计划“低镍铁素体不锈钢板带材关键技术开发”

 

研制周期：2007-2011

承担单位：钢研总院、太钢、宝钢、东大

主要研究内容：

适宜连续退火的430Al开发

消音器用燃油经济型439M开发

B443NT材料开发

高耐蚀性、高成形性444开发

445材料开发

 

行业呼吁：不锈钢协会 

 

龙头企业积极行动：太钢、宝钢

 

铁素体不锈钢的研发进展

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（1）高成形性

 

 

使用要求：成形性好、耐腐蚀、表面美观性好

产品应用：厨房设备、餐厨用具、家用电器等

 

（2）低成本高性能

 

使用要求：成形性、耐蚀性、可焊性、冷脆性

产品应用：热水器贮槽、太阳能集流器、热交换 器，内地和沿海大气环境下建筑内、外栏杆及奥氏体不锈钢容易出现应力腐蚀破裂装置。

 

（3）高性能

 

 

使用要求: 在苛刻的腐蚀环境下具有较高的耐蚀性能

产品应用：沿海地区建筑装饰（屋顶及屋檐接水槽)，石油化工制碱、烟气除硫设备、电站冷凝器，部分替代超级奥氏体不锈钢或镍基合金

 

（4）汽车尾气排放系统

 

使用要求：成型性好、高温强度、高温抗氧化性、低温韧性、高耐蚀性等。

产品应用：主要是汽车排气系统（歧管和消音器等）