高强不锈钢的发展

我国高强不锈钢的发展现状及展望

宋为顺梁剑雄赵先存

( 钢铁研究总院 )

摘要

不锈钢,特别是占不锈钢总产量70-80%的奥氏体不锈钢,因具有非常优越的不锈性、耐蚀性、高温性、低温性、无磁性以及良好的工艺性而获得广泛的应用，但主要缺点是强度偏低，耐应力腐蚀性能较差，因而发展高强高韧、综合性能良好的高强不锈钢，一直是不锈钢研究的重点之一。

Development and prospects of high strength stainless steel in China

Songweishun liangjianxiong zhaoxiancun

（Central Iron & Steel Research Institute）

About stainless steel special austenite stainless steel which is 70%--80% of the stainless steel total output . It is widely application for superior corrosion resistance , high temperature properties , low temperature properties , no-magnetism and good technological properties . But the low strength of austensite stainless steel is the chief weakness , and stress corrosion resistance is not good . So to develop the high strength-toughness and good comprehensive properties stainless steel becomes one of the research point in stainless steel .

1. 国外高强不锈钢的发展

1.1 冷轧不锈钢

以亚稳定的AISI301不锈钢为代表,在冷轧后由于形成马氏体,使钢具有很高的强度(＞1500MPa),但焊后焊缝强度下降,因而限制了它的广泛应用。

1.2 沉淀硬化不锈钢

这是20世纪40年代末发展起来的钢类,它分为马氏体沉淀硬化不锈钢、半奥氏体沉淀硬化不锈钢和奥氏体沉淀硬化不锈钢三种。

1.2.1 马氏体沉淀硬化不锈钢

以1948年美国发明的17-4PH钢为代表,它是在马氏体基体上析出富铜的ε相而强化。该类钢的优点是强度高(ζ≥1350Mpa)、耐蚀性好、热处理简单、易焊接。缺点是：即使在软化状态，延伸率仍不能满足深冲的需要，因而一般不适合生产薄板和带；另外它的高温性能差，在350-400℃长期使用有脆化的倾向且冲击性能较低。

1.2.2 半奥氏体沉淀硬化不锈钢

以17-7PH及PH15-7Mo为代表，固溶状态为奥氏体组织，在此状态可以进行焊接、成型。通过调整处理，必要时采用负温处理，使奥氏体转变为马氏体，最后通过沉淀硬化而进一步提高强度。该类钢的优点是可以在固溶状态承受各种冷、热加工及焊接，经一系列热处理后可得到高强度（ζb≥1600MPa ）；在540 ℃以下具有好的高温强度；耐蚀性，尤其是耐应力腐蚀性能较好。其缺点是：在350~400℃以上长期使用后有脆化的倾向；钢的成分区间太窄，因此生产难以控制；热处理制度复杂且温度控制范围窄；低温韧性差，脆性转变温度约为-100℃；容易加工硬化。

1.2.3 奥氏体沉淀硬化不锈钢

以A-286为代表，在奥氏体基体上采用Ni Al、M C、Fe Mo 等相强化，强度达1000MPa。该钢类具有好的

高温性能及低温性能，但可焊性较差，强度偏低，主要在高温和低温下使用。

1.3 马氏体时效不锈钢

这是60年代中期发展起来的高强不锈钢的新钢类,它的发展一方面是由于沉淀硬化不锈钢钢种的某些性能较差而极待改进(例如断裂韧性较差),另一方面是受马氏体时效钢合金化原理的启示及其良好综合性能的刺激而发展起来的新钢类。

马氏体时效钢的研制及使用成功是超高强度钢领域中的重大突破，它抛弃了传统的高碳马氏体强化及碳化物强化机理，利用超低碳马氏体高强高韧的板条状马氏体为基体，并在此基体上析出金属间化合物而时效强化。该类钢的特点是：具有高的屈强比；热处理简单；热处理后变形小；具有良好的可焊性；在相同的强度水平下具有较高的断裂韧性、抗应力腐蚀断裂韧性及成型性。其缺点是因铬含量很低或不含铬，所以不锈性及耐蚀性较差，因而促进了马氏体时效不锈钢的发展。

马氏体时效不锈钢的代表钢号有In736、Custom455等。

1.3.1 马氏体时效不锈钢的特性

除具有马氏体时效钢的全部优点以及具有良好的不锈性、耐蚀性以外,与其他类型的高强不锈钢相比，还具有以下特点：

与马氏体不锈钢相比，它强度高、强韧性配合好、冷热加工性、焊接性、低温韧性好。

与半奥氏体沉淀硬化不锈钢相比，在冶炼上要求超低碳、高纯度，但成分区间宽，热处理简单，不需要调整处理，一般也不需要负温处理且有良好的焊接性。

与奥氏体沉淀硬化不锈钢相比，强度几乎提高了一倍，且时效处理温度低、时间短、中温性能较好。但它的高温、低温性能及耐蚀性较低。

与马氏体沉淀硬化不锈钢相比，，强韧性好、能生产薄带、冷热加工及焊接性能较好。

1.3.2 马氏体时效不锈钢的设计要点

（1）钢中C≤0.03%，使钢的组织呈板条状马氏体，它可以使钢的强韧性有好的配合，特别是使其具有好的韧性，还可以改进耐蚀性、可焊性及冷热加工性。

（2）铬含量最好＞12%，尽量不低于10%，以保证钢有足够的不锈性与耐蚀性。

（3）杂质和气体含量要尽量低，以提高钢的韧塑性和可焊性，特别是提高疲劳性。

（4）足够含量的奥氏体稳定化元素，既要避免形成δ-铁素体，又要使其不产生过量的残留奥氏体。（5）适当含量的时效强化元素，例如Ni、Mo、Al、Ti等，以便形成金属间化合物而使钢强化。

1.4铁素体时效不锈钢美国、日本等工业发达国家发表了一些专利，但尚未见到商业钢号的报道。

2. 我国高强不锈钢的发展现状

从1958年开始，钢铁研究院等科研院所和抚钢、上五、本钢、长城特钢、大连钢厂、江西钢厂等先后开展了沉淀硬化不锈钢的研究，60年代开始了马氏体时效不锈钢的研究，80年代又开始了铁素体时效不锈钢的研究。研制的钢种基本上满足了我国国防建设和国民经济各方面的需要，现将新材料和应用研究方面的成果作一简单介绍。

2.1新材料的研究