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董方教授

摘要

204Cu钢是一种含铜、低镍和以氮强化的奥氏体不锈钢其冷加工性能优于200系不锈钢,与304不锈钢相近。

国内生产的204Cu和与S20430等同的J204Cu钢相比,铬、镍、铜的含量都有不同程度的减少,锰含量稍高,含1%Ni的204Cu钢主要用在民用器具和建筑装饰等领域。

[1]

关键词：

金相夹杂物固溶处理

Abstract

204Custeelisacopper,nickelandlowinnitrogen-strengthenedausteniticstainlesssteelcoldperformancethanits200seriesstainlesssteel,304stainlesssteelsimilar.Domesticproduction204CuandcomparedwiththeequivalentJ204CuS20430steel,chrome,nickel,coppercontenthasadifferentdegreeofreduction,highermanganesecontent,the204Cucontaining1%Nisteelismainlyusedincivilianareassuchasappliancesandbuildingdecoration

Keywords:

metallurgicalInclusionSolutiontreatment

一．绪论

1.1不锈钢的定义

根据我国钢的分类标准，钢的定义为：

“以铁（Fe）为主要元素，含碳（C）量一般在2%以下，并含有其他元素的材料”。

按该标准，对钢以主要性能及使用特性分类，将不锈钢，耐蚀钢，抗氧化钢和耐热钢归属为一类，统称“不锈，耐蚀和耐热钢”，但是，严格来说，它们是有区别的。

不锈钢应该指在空气中或接近中性的介质中不产生锈蚀的钢；

耐蚀钢应指在一些含有化学腐蚀介质，如酸、碱、盐及其溶液、海水和一些腐蚀性气体中能够不产生或少产生腐蚀的钢;

耐热钢应指在较高温度环境中能够抗氧化、抗蠕变的钢。

当然,一般的耐蚀钢和耐热钢都具有不锈钢的特性。

习惯上,又常把不锈钢和耐蚀钢称为不锈钢。

1.2不锈钢的分类

不锈钢钢种很多，常见的分类方法有:

按主要化学组成分分为Cr不锈钢、Cr-Ni不锈钢和Cr-Mn-N不锈钢以及超低碳不锈钢、高铝不锈钢和高纯不锈钢等[2]。

按钢的性能特点和用途分类，如耐硝酸（硝酸级）不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强度不锈钢等。

按钢的功能特点分类，如低温不锈钢，无磁不锈钢、易切削不锈钢、超塑性不锈钢等。

目前常用的分类方法是按钢的组织结构特点分，如铁素体不锈钢（F）、奥氏体不锈钢（A）、马氏体不锈钢（M）、双相不锈钢和沉淀硬化型（PH）不锈钢，下面分别介绍:

（l）铁素体型不锈钢

铁素体型不锈钢含12~30%的Cr，含C量低于0.10rk，其显微组织为铁素体及少量碳化物。

铁素体不锈钢因为没有马氏体相变，所以热处理对它们的强化作用甚小，仅有的热处理是退火，这里所谓退火是用于冷加工后，使钢恢复到加工前状态，此类钢有三种脆性:

即475℃脆性，析出相脆性和晶粒长大引起的脆性。

用退火后急冷可以获得良好的性能。

这类不锈钢的国家标准牌号有OOCr12、ICr17、OOCr17M。

、OOCr3OMoZ等。

这种钢抗应力腐蚀能力较好，主要用于食品工业，管道热交换器及化工容器方面。

现在，随着二次精炼技术的发展，克服了原来铁素体不锈钢的缺点如冲击韧性差、各种脆性、对晶间腐蚀敏感及不耐点蚀等，其应用范围正在不断扩大，研究和开发工作也在向纵深发展，成为一类很有前途的钢种，目前大量生产的铁素体不锈钢以C17型为主。

（2）马氏体型不锈钢

马氏体型不锈钢通常含铬量为12%~18%之间，含C量在0.1%以上（也有超低碳马氏体不锈钢，其含C量低于0.1%），其显微组织为马氏体。

碳含量的增高，提高了钢的强度和硬度，降低了耐蚀性，但有一些特殊用途的不锈钢仍有较好的抗腐蚀效果。

为了保证马氏体不锈钢的高强度、高耐磨性、高耐蚀性，这类钢都要经过热处理后使用。

常用的热处理工艺是软化处理、淬火和回火。

列入国家标准的牌号有ICr13、ZCrl3、3Cr13、ICr17NiZ等。

该钢种广泛应用于化学及航空工业领域中对机械性能和耐腐蚀性能均有较高要求的场合，以及手术器械、工量具、仪表部件等方面。

（3）奥氏体型不锈钢

奥氏体型不锈钢含Cr量12一25%，含Ni量8一30%，显微组织为奥氏体。

它是在高Cr不锈钢中添加适当的镍（镍的质量分数为8%一25%）而形成的。

奥氏体型不锈钢

以ICr18Nig铁基合金为基础，在此基础上随着不同的用途，发展成Cr镍奥氏体不锈钢系列。

奥氏体型不锈钢一般属于耐蚀钢，是应用最广泛的一类钢。

奥氏体不锈钢常用的热处理有以下四种:

固溶处理可以得到最软而延展性最大的状态;

应力松弛处理经过这种处理后，力学性能可以改善;

稳定化处理在奥氏体不锈钢中加入少量的钦或妮，为了达到它们最大的稳定效果，需要进行稳定化处理。

这种热处理对防止晶间腐蚀有很好的效果，但对于力学性能没有明显影响;

敏化处理这种热处理导致的晶间沉淀，影响高温蠕变断裂强度，并降低室温的冲击韧性。

列入我国国家标准的牌号有OCr18Nig、ICr18Nig、ICr18Mn8Ni5N等除盐酸外，

奥氏体不锈钢在其它酸中都具有良好耐蚀性。

另外，在石油精炼、造纸、合成树脂工业、能源工业、食品工业以及医疗工业中都担当了重要的角色。

但是，奥氏体不锈钢对氯离子的侵蚀比较敏感，限制了它的应用范围。

（4）奥氏体-铁素体型不锈钢

奥氏体-铁素体型不锈钢的显微组织为奥氏体加铁素体双相不锈钢[3]，是在奥氏体钢的基础上发展的钢种。

这类钢兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的特性。

奥氏体的存在降低了钢的脆性，提高了冷热加工性和焊接性;

铁素体的存在提高了钢的屈服强度、抗应力腐蚀敏感性:

铁素体、奥氏体两相混合组织还能降低钢的晶间腐蚀倾向。

双相不锈钢通常采用950~1100℃淬火韧化的热处理，热处理过后的组织为6既左右的铁素体加40%左右的奥氏体。

双相不锈钢是具有高强度兼有抗点蚀及优良的耐应力腐蚀能力，使其在化工、石油、能源及海洋事业等方面都得到了广泛应用。

随着冶炼技术的不断提高和材料设计的不断发展，双相不锈钢的应用范围也在不断扩大。

（5）沉淀硬化型不锈钢

沉淀硬化型不锈钢按其组织形态可分为三类:

沉淀硬化半奥氏体型、沉淀硬化马氏体型和沉淀硬化果氏体型不锈钢。

沉淀硬化不锈钢的特性是高强度、高韧性、高耐蚀性、高耐氧化性和优良成型性、可焊接性等综合性能，沉淀硬化型不锈钢在使用前均要进行热处理，以提高力学性能。

沉淀硬化型不锈钢的热处理方法很多，主要有固溶处理加时效、两次时效、冷处理加时效和冷变形加时效几种。

沉淀硬化不锈钢固溶处理后具有奥氏体或马氏体组织。

列入我国国家标准的牌号有OCr17Ni7A、OCrl7Ni4Cu4Nb和OCr15Ni7MoZAI三种，它广泛应用于尖端工业和民用工业，如传动装置、造纸业、航空工业等方面。

1.3奥氏体不锈钢发展现状

迄今为止，不锈钢的牌号已经达到百余种，按其使用过程中的相结构来分类可分为：

铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢及双相不锈钢，其钢种不同，所对应的结构与功能亦有差别。

从晶体学角度而言，金属及合金皆属于晶体的范畴。

而考虑到原子的堆垛时，可将不锈钢大致归为三种形式：

体心立方晶格结构（bcc）、密排六方晶格结构（hcp）和面心立方晶格结构（fcc）。

晶体学认为广义上金属是晶粒的聚合体，以普通的铁碳合金为例：

视温度不同，铁碳合金一般具有两种结构，具有体心立方结构的-Fe及具有面心立方结构的-Fe。

在不破坏铁合金中原子堆垛的情况下，铬、镍等异相原子掺入其中，此类合金皆称为铁的固溶体。

以最常见的铁素体为例，其为碳原子在体心立方晶格结构中的固溶体，因为其原子排列较密，故其溶碳量较低。

而碳原子溶到面心立方晶格结构中的固溶体则称奥氏体，其溶碳能力较之于铁素体而言更高。

奥氏体在铁碳合金中在加热至一定的温度（约900℃）以上才会出现。

高温时铁碳合金中所形成的奥氏体，急冷后易形成不稳定的相结构，如在马氏体的形成过程中奥氏体急冷使合金中的碳固溶至-Fe中。

由于含碳量的过饱和，则对于马氏而言，其硬度会比未转变前的奥氏体会有显著增加。

对于长期冶金过程中积累的经验证明，对于不锈钢来说只有含铬的原子比超过11.5%时，或质量分数为n/8（n=1-8的整数钢的耐蚀性能方可有进一步的提升。

基于此不锈钢中铬的质量分数一般大于等于12%。

但钢的组织可以依赖含铬量的不同而产生相应的改变，在含碳量相同时，铬含量高的情况下可将铁素体相区相应扩大，所得到的材料多以铁素体为主，故此类主要相为铁素体的不锈钢作铁素体不锈钢。

而在铬含量较低的情况下，得到的钢在进行热处理之后以马氏体为主，故可称其为马氏体不锈钢。

对于本课题研究的钢种而言，镍、锰等元素皆有

扩大奥氏体区的效果，使钢种的奥氏体含量相对来说更加明显。

但随着锰、镍含量的持续增加，使得奥氏体化更加明显，甚至常温下亦有奥氏体相出现。

不锈钢可用于工业、日常生活、建筑等各个领域。

由今上溯40年以来，西方国家的不锈钢产量已经从215万吨增至1728万吨，以每年6%的速度迅速增加。

不锈钢产品增迅猛，在日常生活上亦有大规模的应用，以厨房家电为例：

如高压锅的内胆、不锈钢水池。

各种耐蚀性环境，不锈钢用品皆能胜任。

而对于汽车工业而言，部分汽车配件使用不锈钢后的性能远优于其他钢种。

不锈钢应用领域以汽车工业为最大，全求企业的年需求量约100万吨。

在建筑领域，最近的需求急剧增长，如：

新加坡地铁车站的防护装置，用作装饰材料的不锈钢用量达5000吨之多。

以日本为例：

九十年代年以后，建筑业的不锈钢用量大幅度增加，最开始日本沿海建筑的屋顶皆采用了不锈钢覆以保护层的技术。

随后，不锈钢的构件被广泛用在各种建筑中。

最明显的是日本的土木工程中海水水坝洗水塔不锈钢构件的大规模采用，传统的日式建筑中其寿命一般为二十年至三十年，如果采用传统的材料，使处理建筑废弃物成为很严重的问题。

但当不锈钢与新型混凝土这种持续性强的建筑材料加入到建材之中，可将建筑物的使用寿命提升至百年以上，这种行为从更长远的环保角度来看，更利于环保，且在减少工作量、减少建筑垃圾方面大有改观，对于降低建筑物成本方面将有很大的推动作用。

而且在高海拔寒冷的地区，冬雪常年不化，在公路运输上需要覆以大量的盐类融雪剂，这就使得在路桥方面融雪剂会渗入到混凝土的钢筋层中加速腐蚀，而采用不锈钢的钢筋为混凝土的支撑结构，可大大延长其寿命。

纵观今后的发展，不锈钢的发展主要依托于其可回收的性质及电子工业的普及。

由于在环境的影响方面，电厂需要高强度耐热耐蚀性好的不锈钢来支持燃料充分燃烧，这

就大大的降低了有害气体的排放量及造渣的形成过程。

相对于水质的污染与防治而言，由于在污水处理及海水淡化设备中大量不锈钢的采用，使得关于长寿命的设备的出现已经成为可能，各国工程设备、煤矿作业设备、大规模化工设备中不锈钢的使用的越来越多应用面越来越广泛，使得这成为一种趋势。

相对于电子工业而言，其集成度越来越高，对材料的要求也越来越严格，不锈钢等功能材料的使用范围越来越全面。

在移动电话和电脑的制造过程中，因为采用了不锈钢，所以使得线路板清洁度和耐腐蚀性大大提升，这是今年来不锈钢的一个新应用领域。

综合上面几个方面所述，不锈钢以其独有的优异性能而应用在工业生产中的各个方面，而且