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日本A系奧氏體不銹鋼(SUS304、301、304J1)和高純凈F系鐵素體不銹鋼(SUS430LX、SUS430J1L、SUS436L、SUS444、SUS445J1、SUS445J2、SUSFF7J1)
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時間：2013-09-26
?不銹鋼耐蝕性優良，其化學性質由合金組分決定。然而，為了充分發揮合金的特性，需實現材料組織的最佳化。不銹鋼的力學性能也優良，為了使之具有與其它鋼鐵材料同樣的強度、韌性和加工性能，也需要實現最佳的材料組織控制。
????1不銹鋼的組織、材質控制和新鋼種開發
????1．1??A（奧氏體）系不銹鋼(SUS304、301、304J1)
????SUS304具有耐蝕、耐熱、加工性能均衡的優良特性，但因其含碳0．05％左右，當其從A單相區域緩冷時易在晶界析出Cr23C6等含Cr的碳化物，從而在晶界附近基體中造成貧Cr現象，即產生晶間腐蝕，故使用此鋼時須注意參考敏化曲線的受熱過程。為了提高此鋼的晶間腐蝕抗力，開發生產了降C的SUS304L和加Mo的SUS316。
????SUS304的力學性能優良，特別是延伸率和加工硬化指數(n值)大、凸肚成形性好。SUS304和SUS301是亞穩定A系不銹鋼，因A易產生形變感應相變而變為M（馬氏體），從而能抑制縮頸等局部變形，顯示了能獲得高延伸性的相變感應塑性(簡稱TRIP)。形變感應M對鋼的高強度化有效。含Ni量比SUS304更少、A不穩定的SUS301因易生成形變感應M，故易獲得高強度。最近，兼顧了強度和耐蝕性而按最佳成分設計的SUS301L鋼大量用于車輛制造。
????設計加工性能優良的不銹鋼材料，須根據不同加工形式進行材料組織控制。凸肚成形性可以用上述的TRIP工藝進行改善。反之，材料的深沖性和延伸凸緣性則易因形變感應M生成量多而下降，特別是在多段深沖時，凸緣部的硬化會強烈阻礙下道工序的深沖加工性。例如材料經多段深沖后再進行施壓時，基體的軟質化對抑制深沖的加工硬化和季節性開裂是極為重要的。為了滿足上述的材料特性要求，開發的代表性成分為17Cr－8Ni－2．7Cu－2．7Mn－L（C，N）的不銹鋼板，除屈服點低之外，還調整了形變感應M的生成和A的加工硬化，因而具有超軟質的加工性。另外，開發的冷軋鋼板的擴孔性比SUS304鋼冷軋板高出1倍，其季節性開裂極限深沖比大、成形度高。
????上述開發的材料設計思路是為了降低鋼的屈服強度，通過改進鋼的精煉技術而降低了導致固溶強化的C、N含量，這就比一般SUS304(8Ni)更能抑制加工感應M的生成，從而使開發的鋼具有與18Cr－9Ni鋼同等的A穩定性。另外，為了調整A本身的加工硬化而實現了加入鋼中的Ni、Mn、Cu量的最佳化；最大限度改善鋼的二次加工性，實現了由加工感應M引起的TRIP和A本身加工硬化相結合工藝的最佳化。
????1．2??高純度F（鐵素體）系不銹鋼(SUS430LX、444等)
????高純凈化精煉技術的進步，大幅度且經濟地降低了不銹鋼的C含量，從而推進了可改進耐蝕性、加工性、焊接性的高純度F系不銹鋼的開發。近年日本各廠家開發的這類鋼的代表性鋼種共有9個，其中有7個(SUS430LX、430J1L、436L、444、445J1、445J2、FF7J1)鋼種納入了日本工業標準，另有2個(17～19Cr－0．5Mo和17Cr－1．5Mo)為企業標準。這類鋼的特點是除了低(C＋N)化之外，還向鋼中加入了Ti和Nb進行穩定化；為了提高鋼的耐蝕性，在加入Cr的同時，還加入適量的Mo和Cu元素。
????(1)耐蝕性的改善
????從鋼的點蝕電位和間隙腐蝕臨界電位與鋼中Cr、Mo含量之間的關系可知，高純度F系不銹鋼的耐蝕性基本上可用Cr和Mo的足夠含量確保。然而，較之A系鋼，因F系鋼的C、N固溶度很小，C、N化物量在晶界析出，從而降低了鋼的耐晶間腐蝕性。故此類鋼既要降低C、N，又須加入Ti、Nb穩定化元素，只有這樣才能確保鋼有充分的耐晶間腐蝕性能。
????(2)力學性能的提高
????此類鋼因含有較高的Cr以及Mo、Cu等合金元素，故其延伸性比低碳鋼差。為了改善其延伸性，除為了確保耐蝕性而加入最低限度的合金元素之外，須盡可能減少鋼中的雜質元素而實現鋼質的高純凈化，如盡可能降低P含量、減少過剩的Ti量、并控制Si含量等都能改善鋼的延伸性。提高這類鋼的r值(塑性應變比)的方法與無間隙原子鋼是相似的：為了在最終制品上促進狖111狚＜112＞方位的發達，須在冷軋前盡可能降低鋼中固溶的C、N。為此，須在鋼液精煉中降低C、N至極限值，并添加Ti、Nb以凈化鋼質，而且，不宜用森吉米爾式多輥軋機冷軋，而是應以大直徑軋輥的串列式冷軋機軋制，以促進r值高的織構生成而實現材料的高r值化，使之能用作汽車廢氣排出系統的功能性材料。
????(3)既提高加工性又減少凹陷缺陷
????F系不銹鋼在沖壓成形時易產生被稱作凹陷的凹凸不平缺陷，這不僅有損美觀，還增大了精整工作量。一般將這類鋼高純凈化時，這類缺陷之所以增大的原因是高純凈化導致連鑄板坯鑄態組織晶粒粗大化，造成在熱軋過程中狖100狚＜011＞方位晶粒集中(以下簡稱為colony聚集組織，即珠光體中片狀F和滲碳體相互重疊的部分)之故。因此，為了既能獲得高純凈化改善加工性的好處而又能減輕凹陷缺陷，在開發高加工性F系不銹鋼(超低C，N－17Cr－Ti－Mg)時，采用了以下的材料設計方案。
????本次開發鋼是以17Cr鋼為基礎，兼具最高水平的加工性并能減輕沖壓凹陷的F系不銹鋼。為了獲得17Cr鋼中最高水平的加工延伸性，須在精煉工序中徹底降低鋼中雜質元素，并控制穩定化元素Ti的加入量在最低限度，即確保無多余的Ti來降低鋼的延伸性。為提高r值，采用新的不銹鋼精煉工藝SUS－REDA，最大限度降低了鋼中的C、N含量。穩定化元素之所以選擇Ti，是因其提高r值效果大而強度增加小。
????在鋼的高純凈化同時，連鑄板坯鑄態組織中粗大柱狀晶發達，從而形成了上述colony聚集組織。雖然再結晶對截斷該組織是有效的，但一次再結晶的截斷效果不充分，故須反復進行二次以上的再結晶。
????因高純凈F系不銹鋼的再結晶核主要在晶界上，故為了高效獲得再結晶組織，須細化鑄態低倍組織。為此，在鑄造時利用鋼中氧化物促進異質(即非均質)晶核的生成，從而截斷了柱狀晶的生長，細化了凝固組織，為在熱軋中獲得一次完全再結晶創造了條件。另外，由于在氧化物＋TiN上C、N化物和C、S化物的復合析出而凝聚，也可防止能抑制熱軋板退火時再結晶的細小析出物，從而能獲得兼具高r值和低凹陷缺陷的再結晶組織。通過熱軋過程中的再結晶并利用熱軋板退火時的再結晶，無須增加工序就可截斷colony聚集組織。而且，上述復合析出物的存在，也能有效促進冷軋后最終退火時晶粒的生長，確保了延伸性和高r值化。利用以上所述氧化物進行的凝固、析出控制，使得凝固組織細化、以及結構、晶粒直徑控制變得容易了，從而建立了兼具高加工性和低凹陷的合理制造工藝。較之原來鋼SUS430，新開發鋼的加工性能和產品質量都明顯提高。
????2結語
????不銹鋼雖然耐蝕性、力學性能優良，但為了充分利用其優點，選擇加入鋼中的合金元素對于材料組織控制特別重要。本文概要介紹了日本廣泛應用的A系和高純凈F系不銹鋼的材料組織控制技術，以及利用該技術開發的超軟質A系和高加工F系不銹鋼的材料設計方案、生產工藝。對于不銹鋼的生產者和使用者具有參考價值。
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