宝钢家电用超纯铁素体不锈钢B430LNT的研发及应用

家电用含铌430不锈钢的研发及应用

张鑫张伟

宝钢集团中央研究院不锈钢技术中心上海 200431

中信微合金化技术中心北京 100004

摘要：

本文介绍了宝钢家电用含铌430铁素体不锈钢B430LNT的开发背景，性能参数和应用情况。与常规的SUS430铁素体不锈钢相比，B430LNT将碳，氮，硫等杂质元素含量降到了非常低的水平，并且添加合金元素铌和钛。由于Nb具有较强的固定碳氮，细化铁素体晶粒尺寸等作用，这使得B430LNT在退火状态下具有非常均匀，细小的铁素体组织，碳氮化物在晶界析出极少。其耐腐蚀性能，成形性能，焊接性能，抗起皱性能均优于SUS430。与日本JFE公司的同类产品JFE430XT相比，也具有明显的优势。目前B430LNT在洗衣机内筒，电冰箱面板，微波炉，洗碗机内胆等家用电器零部件上得到了广泛的应用。

关键词：含铌铁素体不锈钢，家电用不锈钢，焊接，成型

前言：

铁素体不锈钢是一种含铬量在10-30%，在使用状态下是铁素体组织的一类不锈钢。根据铬的含量，铁素体不锈钢可以分为低铬，中铬和高铬铁素体不锈钢，其中中铬铁素体不锈钢（以SUS430为代表钢种）由于其优良的综合性能和较高的性价比，在家电，装饰，制品等行业得到了非常广泛的使用。在微波炉内外壳、洗衣机内桶、电冰箱面板、电饭煲、电热水器内胆等种类繁多的家用电器里都可以看到中铬铁素体不锈钢SUS430的身影。

尽管铁素体不锈钢已经得到了广泛的应用，但是与传统的奥氏体不锈钢SUS304相比，它仍然存在一些不足，其中最主要表现在三方面，第一，耐蚀性较差，易发生晶间腐蚀。第二，可焊性一般，焊接后焊缝的性能与母材产生一定差距。第三，成型性能不足，表现为变形后容易开裂。为了克服铁素体不锈钢的这些缺点，日本最先开发超纯铁素体不锈钢，通过大幅降低铁素体不锈钢中杂质元素含量，并添加Nb，Ti等稳定化合金元素，使得铁素体不锈钢的耐蚀性，焊接性和成形性都得到了大幅的提高。宝钢研究院不锈钢技术中心从2007年开始开发家电用含铌铁素体不锈钢B430LNT，通过成分优化和技术创新，使其各方面性能达到国际领先水平。打破国外钢企在该领域的垄断地位，为中国家电企业在不锈钢产品使用的换代升级奠定了基础。

一、合金设计特点

宝钢超纯铁素体不锈钢B430LNT在降低碳氮含量的基础上，添加了稳定化元素Nb和Ti，由于Nb和Ti能够优先和碳氮结合，形成Nb（C,N），TiN，TiC等第二相析出物，从而避免了C，N在高温下从晶内游离到晶界，并和晶界的Cr结合，造成晶界贫Cr，引发晶间腐蚀。由于铌钛和碳氮有一定固容积的限制，因此为了最大限度的稳定钢中的碳氮等间隙原子，铌钛的含量和碳氮含量就必须服从特定的关系。经过这样的设计即能保证碳氮等间隙原子最大限度的被固定，又避免了Nb，Ti含量过高对不锈钢生产和表面所带来的不利影响。

由于C，N是较强的奥氏体形成元素，而Nb，Ti又是铁素体形成元素，因此降低碳氮和添加铌钛会使不锈钢在高温下平衡相图的奥氏体相区缩小，而铁素体相区扩大。从图一中Thermo-calc相图可以看出，常规430从850℃开始出现奥氏体相区，在850℃-1250℃的温度区间内，随着温度的升高奥氏体比例先升高后下降，奥氏体最高比例可达到40%左右。

而B430LNT从高温到低温都为单一的铁素体组织，这与碳氮和铌钛的含量变化有密切的关系。

表一、SUS430与B430LNT的成分设计对比（wt%）

牌号 C Si Mn P S Cr N Ti Nb

SUS430 ≤0.120 ≤0.75 ≤1.00 ≤0.040 ≤0.030 16.0~18.0 -

B430LNT ≤0.020 ≤0.60 ≤1.00 ≤0.040 ≤0.015 16.0~18.0 ≤0.020 ≤0.30 ≤0.30

SUS430 B430LNT

图一、SUS430和B430LNT高温下的平衡相图

二．用户使用状态组织性能特点

图二显示的是SUS430和B430LNT在用户使用状态下的退火组织，从图中可以看出，SUS430的晶粒度比B430LNT要更为细小，这主要是因为SUS430在高温下有奥氏体组织，在冷却的过程中转化为铁素体和碳化物，这一相变过程细化了铁素体的晶粒，析出的碳化物

也能阻碍晶粒的长大。而B430LNT由于高温下为单一铁素体，没有相变，也没有析出的碳化物钉扎晶界，阻碍晶粒长大，因此B430LNT的晶粒尺寸相对较大。另一方面，SUS430的晶粒尺寸大小不均，并且有一些混晶组织。这主要是因为在碳化物钉扎晶界的作用下，使得晶粒长大的各个方向不一致，导致的晶粒尺寸的不均匀。另外，高温下的奥氏体晶界在冷却时没有完全转化，也会造成大小不一的混晶。B430LNT由于没有相变，也没有碳化物析出，因此组织非常均匀，而均匀的组织对材料的塑形是非常有益的。

表二是SUS430和B430LNT的力学性能对比，从表中可以看出SUS430的抗拉强度和硬度都高于B430LNT，这主要是因为SUS430的碳氮含量较高，而碳氮等间隙原子在铁素体体心立方的晶格点阵中溶解度较低，主要以析出强化的方式对基体产生强化。因此SUS430的抗拉强度较高。但是由于Nb具有较强固溶强化作用，而固溶强化主要对基体的屈服强度产生强化，因此B430LNT的屈服强度要高于SUS430。从表中可以看出B430LNT的延伸率要明显优于SUS430，这主要是因为Nb的细化晶粒和固定碳氮作用使得B430LNT具有均匀的晶粒组织和极少的析出物，而延伸率的增加对提高材料的成型性能具有重要的意义。

图二、SUS430和B430LNT退火状态下金相组织

牌号屈服强度/Mpa 抗拉强度/Mpa 延伸率/% 硬度/HV B430LNT 320 450 37 145

SUS430 280 480 29 150

三、耐腐蚀性能对比

表三是SUS430和B430LNT耐腐蚀性能对比表，将两种材料切成片状，表面经800#