铁素体不锈钢的发展及展望
摘要：根据国内外不锈钢市场的状况，对比分析了铁素体不锈钢相对于奥氏体不锈钢的优缺点，阐述了提高铁素体不锈钢质量的措施，展望了铁素体不锈钢的良好发展前景 。 关键词：不锈钢 铁素体 奥氏体 应用情况 提高质量
1 前言
2 004年北京国际现代铁素体不锈钢大会上通过广泛的交流，使大家更加清楚地看到了国内在生产和使用铁素体不锈钢方面与国际发达国家相比使用比例低 ，使用领域窄的差距 。国际平均使用比例是25％，法国 65％、日本 35％、美国 34％、而我国是 10％左右 。发达 国家已经广泛使用在汽车 、电子产品、屋顶材料 、集装箱 、家电产品 、水箱 、蓄水池等领域 ，在许多方面替代300系列 。而在我国使用面还很有限 ，主要集中在制品方面 ；在生产工艺技术水平方面 ，中国也有差距 ，特别是超低碳 、超低氮铁素体不锈钢的冶炼 、表面质量和成本控制等方面 。最后是新品种的研究开发方面也有一定的差距 。 中国的不锈钢消费中奥氏体钢占90%，铁素体和其他的钢类所占比例还不到10%，这种现状也引发了不锈钢的迅速发展与镍资源供应紧张之间的矛盾。为此，作为中国的不锈钢行业组织中国特钢协不锈钢分会特别提出：要大力推广铁素体不锈钢。
2 铁素体不锈钢较奥氏体不锈钢的优缺点
铁素体不锈钢一般不含稀缺的贵重元素镍。低铬铁素体不锈钢又称为经济不锈钢；中、高铬铁素体不锈钢与所能代用的铬镍奥氏体不锈钢相比 ，成本和价格也较低。 铁素体不锈钢屈服强度较铬镍奥氏体钢高 ，伸长率稍低 ，但加工硬化倾向小 ，易于冷镦 ，也易切削 。 众所周知 ，铬镍奥氏体不锈钢对应力腐蚀非常敏感 ，在奥氏体不锈钢制设备 、构件等的失效事例中，应力腐蚀破坏事故占有很大比例，而铁素体不锈钢耐应力腐蚀性能优异 ，虽然在试验室内一些条件下人们也曾发现铁素体不锈钢也产生应力腐蚀的某些现象 ，但在实际工程应用中，国内外都很少见到铁素体不锈钢产生应力腐蚀破坏的实例。 铁素体不锈钢具有铁磁性，导热系数高 ，约为铬镍奥氏体不锈钢的130％～150％，非常适用于有热交换的用途 ；线膨胀系数小 ，仅为铬镍奥氏体不锈钢的60％～70％，非常适用于热胀、冷缩 ，有热循环的使用条件 。
但是 ，铁素体不锈钢为什么没有得到很快的发展呢 ? 这是因为铁素体不锈钢本身存在 三个主要问题 ：第一，在热轧或退火后必须严格控制冷却速度。如果缓慢地冷却通过 37O ～ 550C 温度区 ，或者像耐热钢使用中那样在该温度区长期停留 ，这种钢就会变脆 。第
二 ．铁素体型不锈钢焊接性能差 。在焊缝热影响区 ，铁素体晶粒长大或粗化 。 此外 ．在 高温区 ，部分铁素体转变成奥氏体 ，并在随后的冷却过程中转变成脆性的马氏体 。这两种影响方式的共同作用 ．使得焊缝非常脆 。虽然二次退火可以把马氏体转变成铁素体 ．但是 ，这并不能把已经粗化的铁素体晶粒再细化 。第三 ，当其承受的温差太大时 ，这一点在 夏 氏 冲 击 试 验 或 悬 臂 式 冲 击 试 验 中 记 录 的 所 吸 收 能 量 显 著 下 降 而 得 到 证 实 。这 种 钢 在 实 际 应 用 中 ，表 现 为 不 能 抗 冲 击 ，容 易 产 生 裂 纹 。
3 铁素体不锈钢应用情况
一、家电行业广泛使用铁素体不锈钢
在家电行业中首先是洗衣机。当前最流行的是对衣服摩损最小的滚筒式洗衣机，由于
洗衣时要使用各种洗衣剂，所以内桶要求的耐蚀不锈性能很高，洗衣机为了消毒还要有一定的耐温能力（95℃），滚筒洗衣机的脱水转速要达到950-1000r/min（西门子洗衣机转速达到1200r/min，海尔达到1600r/min），所以又要有很好的强度，因此只能选用铁素体不锈钢（Gr17-430）。
热水器使用的不锈钢要求很强的抗应力腐蚀能力，奥氏体（304）很难承受，日本开发了444牌号的铁素体不锈钢，用于各种热水器效果很好; 同样太阳能热水器，铁素体不锈钢也是最好的选择; 冰箱外壳也应采用铁素体（430）不锈钢。
二、汽车制造业广泛使用铁素体不锈钢
美国不锈钢消费中30%以上用于汽车工业，世界上美国的铁素体不锈钢使用比例最高（占不锈钢消费的40%），主要用于发达的汽车工业。汽车排汽系统广泛使用加铌加钛的11Gr409牌号。方兴未艾的中国汽车工业必将为铁素体不锈钢开辟更多的市场机会。
三、厨房等家用设施广泛使用铁素体不锈钢
以厨房为主的家用设施制品，中国使用奥氏体钢较多，美国和日本则以铁素体钢为主，包括洗物池、台面、除烟罩等均应采用铁素体的430牌号。我国的厨房设备制造业应加大使用铁素体钢的比例。
在国内，影响铁素体不锈钢在不锈钢制品中推广应用的主要原因是 ：消费观念落后 ，客户不认同导致供应商的不选择 ；工艺滞后 ，用铁素体不锈钢做出的器皿与用奥氏体钢制作的器皿相比从光洁度和质感方面都比较差 ；制品生产商对于不同配比的铁素体不锈钢材料的金属特性不了解 。
4 提高铁素体不锈钢质量的主要措施
4．1 钢中加入钛 、铌等元素
1．试验表明 ，在缺乏电磁搅拌的条件下 ，向铁素体不锈钢中添加一定量的Ti ，对于细化铸造组织具有较为明显的效果 ，这主要是因 TiN 的形核作用引起的。但Ti 的加入量不宜过多 ，否则会降低钢的纯净度 ，导致板坯修磨量增大 ，并对冷轧成品表面质量和使用性能带来不利影响。此外 ，针对含 Ti 铁素体不锈钢在连铸时易形成皮下夹杂和翻皮等缺陷的特点 ，还需要将钢中的 【N 】、【O 】含量分别控制在 150× 10 和 50 X 10 以下 ，并采用无氧化保护浇注等措施引。
2．铌作为稳定化元素 ，通常与Ti 复合 ，用在铁素体不锈钢中弥补钛稳定碳和氮的不 足。铁素体不锈钢中的铌含量一般在 1 500 X 10～～5 000 X 10 范 围 。 向钢中加入和钛可改善铁素体不锈钢的耐晶间腐蚀性 。409L 在 500℃时效 10 h后 ，在与焊缝金属相邻的母材中发生了晶间腐蚀 ，而 12Cr 一0．6Nb 钢在 500℃时效 10 h 后仍具有良好的耐蚀 性 。铌还能改善铁素体不锈钢的耐大气腐蚀性 。
适量铌可使铁素体不锈钢具有良好的平均 r 值 ，改善铁素体不锈钢成型性所需的铌含量与碳和氮的含量有关 。研究结果证明 ，铌和钼一样可有效改善铁素体不锈钢的高温性能 ，固溶铌和固溶钼均可有效提高铁素体不锈钢的高温屈服强度 。铌还可改善铁素体不锈钢的表面质量和抗起皱性能。
4．2 细化晶粒
1．电磁搅拌能够促进柱状晶向等轴晶的转变和晶粒细化 。对 0Crl7Mnl4Mo2不锈钢进行电磁离心搅拌实验 ，同时进行数值模拟 ，结果表明，随着磁感应强度的增大 ，铸锭组织中等轴晶粒比例增大 ，当磁感应强度达到 0．03 T时 ，等轴晶相对含量超过了75％ 。
2．脉冲电流凝固技术是在金属凝固过程中或在金属凝固前给金属熔体施加脉冲电流 ，以控制材料凝固组织和性能的方法。对 1Crl8Ni9Ti 奥氏体不锈钢进行电脉冲处理 ，研究结
果表明，脉冲电流能够细化凝固组织 ，使一次枝晶长度明显缩短 ，二次枝晶间距也有所减小 。脉冲电流和由于自感应所产生的脉冲磁场的相互作用 ，使凝固金属受到强烈电磁力及冲击力作用而产生振动 ，最先结晶出的枝晶被打碎 ，形成了更多的结晶核心 ，从而使凝固组织得到了细化 。
3．适当控制二冷段冷却水量 ，可提高等轴晶比率 ， 改善铸坯质量 。409L 不锈钢凝固时易于产生晶粒粗大问题。得到更多细等轴晶的关键是：①控制凝固 时固液界面前沿的成分 ，过冷区越大越好。水量适当，减少固相、液相钢的温度梯度 ；②凝固结束后 ，晶粒仍在不断长大 ，尤其是在 900℃ 以上 ，晶粒长大很快 。因此 ，在凝固后期 ，宜适当加快冷却速度 ，减缓晶粒长大。
随着人们对铁素体不锈钢的深入研究和应用实践 ，不锈钢生产和应用技术不断进步和完善 ，采用近代不锈钢生产技术所生产的低碳、氮 ，超低碳、氮以及高纯 [C+N≤ (1 00～ 150) ×10 】和超级 (Cr+3．3Mo ／>35)铁素体不锈钢等现代铁素体不锈钢与用电弧炉单炼并加工生产的传统 (普通) 铁素体不锈钢相比较 ，性能上的某些不足已经得到了极大程度的克服和相对圆满的解决。
我国的大中型不锈钢企业已经基本具备大量生产中铬和低铬现代铁素体不锈钢冷轧板 、带和管材的条件。扩大生产与应用现代铁素体不锈钢已经成为世界各国不锈钢节镍的主要方向。
5 结束语
(1)现代铁素体不锈钢特别适于薄截面尺寸的板、带材和管材的大量生产和广泛应用，是不锈钢中节约镍元素的主要钢类 ；现代低铬铁素体不锈钢 ，作为经济不锈钢以其优良的综合性能和具有较低的寿命周期成本的优势 ，为进一步扩大不锈钢的应用范围创造了条件 。
(2)不断提高钢的纯净度，特别是最大限度地降低钢中碳 、氮 、氧等间隙元素含量，采用钛和铌同时加入的双稳定化并优化钢的生产和使用工艺，是进一步改善现代铁素体不锈钢品质和性能的重要途径 。
（ 3）宣传教育消费者正确认识不锈钢的性能，大力宣传铁素体不锈钢以节约宝贵的镍资源
参考文献
1． 陆世英 现代铁素体不锈钢（上） 不锈-2005年3期
2．任智勇 辛建卿 提高铁素体不锈钢质量的主要措施 山西冶金-2005年2期
3．Satoshi Suzuki 铁素体不锈钢的特性及其应用 不锈-2005年1期
4．李成 大力推进铁素体不锈钢在中国的生产与应用 不锈：市场与信息-2004年24期
5．李惠萍 新型铁素体不锈钢 中国钼业-2004年1期
6．陆世英 现代铁素体不锈钢发展概貌 不锈-2004年2期
7．荣惠康 中国汽车产业发展对铁素体不锈钢的需求 不锈：市场与信息-2004年24期 8．王亚 许洪新 铁素体不锈钢组织的形成规律 太钢译文-2004年2期
铁素体不锈钢的发展及展望
摘要：根据国内外不锈钢市场的状况，对比分析了铁素体不锈钢相对于奥氏体不锈钢的优缺点，阐述了提高铁素体不锈钢质量的措施，展望了铁素体不锈钢的良好发展前景 。 关键词：不锈钢 铁素体 奥氏体 应用情况 提高质量
1 前言
2 004年北京国际现代铁素体不锈钢大会上通过广泛的交流，使大家更加清楚地看到了国内在生产和使用铁素体不锈钢方面与国际发达国家相比使用比例低 ，使用领域窄的差距 。国际平均使用比例是25％，法国 65％、日本 35％、美国 34％、而我国是 10％左右 。发达 国家已经广泛使用在汽车 、电子产品、屋顶材料 、集装箱 、家电产品 、水箱 、蓄水池等领域 ，在许多方面替代300系列 。而在我国使用面还很有限 ，主要集中在制品方面 ；在生产工艺技术水平方面 ，中国也有差距 ，特别是超低碳 、超低氮铁素体不锈钢的冶炼 、表面质量和成本控制等方面 。最后是新品种的研究开发方面也有一定的差距 。 中国的不锈钢消费中奥氏体钢占90%，铁素体和其他的钢类所占比例还不到10%，这种现状也引发了不锈钢的迅速发展与镍资源供应紧张之间的矛盾。为此，作为中国的不锈钢行业组织中国特钢协不锈钢分会特别提出：要大力推广铁素体不锈钢。
2 铁素体不锈钢较奥氏体不锈钢的优缺点
铁素体不锈钢一般不含稀缺的贵重元素镍。低铬铁素体不锈钢又称为经济不锈钢；中、高铬铁素体不锈钢与所能代用的铬镍奥氏体不锈钢相比 ，成本和价格也较低。 铁素体不锈钢屈服强度较铬镍奥氏体钢高 ，伸长率稍低 ，但加工硬化倾向小 ，易于冷镦 ，也易切削 。 众所周知 ，铬镍奥氏体不锈钢对应力腐蚀非常敏感 ，在奥氏体不锈钢制设备 、构件等的失效事例中，应力腐蚀破坏事故占有很大比例，而铁素体不锈钢耐应力腐蚀性能优异 ，虽然在试验室内一些条件下人们也曾发现铁素体不锈钢也产生应力腐蚀的某些现象 ，但在实际工程应用中，国内外都很少见到铁素体不锈钢产生应力腐蚀破坏的实例。 铁素体不锈钢具有铁磁性，导热系数高 ，约为铬镍奥氏体不锈钢的130％～150％，非常适用于有热交换的用途 ；线膨胀系数小 ，仅为铬镍奥氏体不锈钢的60％～70％，非常适用于热胀、冷缩 ，有热循环的使用条件 。
但是 ，铁素体不锈钢为什么没有得到很快的发展呢 ? 这是因为铁素体不锈钢本身存在 三个主要问题 ：第一，在热轧或退火后必须严格控制冷却速度。如果缓慢地冷却通过 37O ～ 550C 温度区 ，或者像耐热钢使用中那样在该温度区长期停留 ，这种钢就会变脆 。第
二 ．铁素体型不锈钢焊接性能差 。在焊缝热影响区 ，铁素体晶粒长大或粗化 。 此外 ．在 高温区 ，部分铁素体转变成奥氏体 ，并在随后的冷却过程中转变成脆性的马氏体 。这两种影响方式的共同作用 ．使得焊缝非常脆 。虽然二次退火可以把马氏体转变成铁素体 ．但是 ，这并不能把已经粗化的铁素体晶粒再细化 。第三 ，当其承受的温差太大时 ，这一点在 夏 氏 冲 击 试 验 或 悬 臂 式 冲 击 试 验 中 记 录 的 所 吸 收 能 量 显 著 下 降 而 得 到 证 实 。这 种 钢 在 实 际 应 用 中 ，表 现 为 不 能 抗 冲 击 ，容 易 产 生 裂 纹 。
3 铁素体不锈钢应用情况
一、家电行业广泛使用铁素体不锈钢
在家电行业中首先是洗衣机。当前最流行的是对衣服摩损最小的滚筒式洗衣机，由于
洗衣时要使用各种洗衣剂，所以内桶要求的耐蚀不锈性能很高，洗衣机为了消毒还要有一定的耐温能力（95℃），滚筒洗衣机的脱水转速要达到950-1000r/min（西门子洗衣机转速达到1200r/min，海尔达到1600r/min），所以又要有很好的强度，因此只能选用铁素体不锈钢（Gr17-430）。
热水器使用的不锈钢要求很强的抗应力腐蚀能力，奥氏体（304）很难承受，日本开发了444牌号的铁素体不锈钢，用于各种热水器效果很好; 同样太阳能热水器，铁素体不锈钢也是最好的选择; 冰箱外壳也应采用铁素体（430）不锈钢。
二、汽车制造业广泛使用铁素体不锈钢
美国不锈钢消费中30%以上用于汽车工业，世界上美国的铁素体不锈钢使用比例最高（占不锈钢消费的40%），主要用于发达的汽车工业。汽车排汽系统广泛使用加铌加钛的11Gr409牌号。方兴未艾的中国汽车工业必将为铁素体不锈钢开辟更多的市场机会。
三、厨房等家用设施广泛使用铁素体不锈钢
以厨房为主的家用设施制品，中国使用奥氏体钢较多，美国和日本则以铁素体钢为主，包括洗物池、台面、除烟罩等均应采用铁素体的430牌号。我国的厨房设备制造业应加大使用铁素体钢的比例。
在国内，影响铁素体不锈钢在不锈钢制品中推广应用的主要原因是 ：消费观念落后 ，客户不认同导致供应商的不选择 ；工艺滞后 ，用铁素体不锈钢做出的器皿与用奥氏体钢制作的器皿相比从光洁度和质感方面都比较差 ；制品生产商对于不同配比的铁素体不锈钢材料的金属特性不了解 。
4 提高铁素体不锈钢质量的主要措施
4．1 钢中加入钛 、铌等元素
1．试验表明 ，在缺乏电磁搅拌的条件下 ，向铁素体不锈钢中添加一定量的Ti ，对于细化铸造组织具有较为明显的效果 ，这主要是因 TiN 的形核作用引起的。但Ti 的加入量不宜过多 ，否则会降低钢的纯净度 ，导致板坯修磨量增大 ，并对冷轧成品表面质量和使用性能带来不利影响。此外 ，针对含 Ti 铁素体不锈钢在连铸时易形成皮下夹杂和翻皮等缺陷的特点 ，还需要将钢中的 【N 】、【O 】含量分别控制在 150× 10 和 50 X 10 以下 ，并采用无氧化保护浇注等措施引。
2．铌作为稳定化元素 ，通常与Ti 复合 ，用在铁素体不锈钢中弥补钛稳定碳和氮的不 足。铁素体不锈钢中的铌含量一般在 1 500 X 10～～5 000 X 10 范 围 。 向钢中加入和钛可改善铁素体不锈钢的耐晶间腐蚀性 。409L 在 500℃时效 10 h后 ，在与焊缝金属相邻的母材中发生了晶间腐蚀 ，而 12Cr 一0．6Nb 钢在 500℃时效 10 h 后仍具有良好的耐蚀 性 。铌还能改善铁素体不锈钢的耐大气腐蚀性 。
适量铌可使铁素体不锈钢具有良好的平均 r 值 ，改善铁素体不锈钢成型性所需的铌含量与碳和氮的含量有关 。研究结果证明 ，铌和钼一样可有效改善铁素体不锈钢的高温性能 ，固溶铌和固溶钼均可有效提高铁素体不锈钢的高温屈服强度 。铌还可改善铁素体不锈钢的表面质量和抗起皱性能。
4．2 细化晶粒
1．电磁搅拌能够促进柱状晶向等轴晶的转变和晶粒细化 。对 0Crl7Mnl4Mo2不锈钢进行电磁离心搅拌实验 ，同时进行数值模拟 ，结果表明，随着磁感应强度的增大 ，铸锭组织中等轴晶粒比例增大 ，当磁感应强度达到 0．03 T时 ，等轴晶相对含量超过了75％ 。
2．脉冲电流凝固技术是在金属凝固过程中或在金属凝固前给金属熔体施加脉冲电流 ，以控制材料凝固组织和性能的方法。对 1Crl8Ni9Ti 奥氏体不锈钢进行电脉冲处理 ，研究结
果表明，脉冲电流能够细化凝固组织 ，使一次枝晶长度明显缩短 ，二次枝晶间距也有所减小 。脉冲电流和由于自感应所产生的脉冲磁场的相互作用 ，使凝固金属受到强烈电磁力及冲击力作用而产生振动 ，最先结晶出的枝晶被打碎 ，形成了更多的结晶核心 ，从而使凝固组织得到了细化 。
3．适当控制二冷段冷却水量 ，可提高等轴晶比率 ， 改善铸坯质量 。409L 不锈钢凝固时易于产生晶粒粗大问题。得到更多细等轴晶的关键是：①控制凝固 时固液界面前沿的成分 ，过冷区越大越好。水量适当，减少固相、液相钢的温度梯度 ；②凝固结束后 ，晶粒仍在不断长大 ，尤其是在 900℃ 以上 ，晶粒长大很快 。因此 ，在凝固后期 ，宜适当加快冷却速度 ，减缓晶粒长大。
随着人们对铁素体不锈钢的深入研究和应用实践 ，不锈钢生产和应用技术不断进步和完善 ，采用近代不锈钢生产技术所生产的低碳、氮 ，超低碳、氮以及高纯 [C+N≤ (1 00～ 150) ×10 】和超级 (Cr+3．3Mo ／>35)铁素体不锈钢等现代铁素体不锈钢与用电弧炉单炼并加工生产的传统 (普通) 铁素体不锈钢相比较 ，性能上的某些不足已经得到了极大程度的克服和相对圆满的解决。
我国的大中型不锈钢企业已经基本具备大量生产中铬和低铬现代铁素体不锈钢冷轧板 、带和管材的条件。扩大生产与应用现代铁素体不锈钢已经成为世界各国不锈钢节镍的主要方向。
5 结束语
(1)现代铁素体不锈钢特别适于薄截面尺寸的板、带材和管材的大量生产和广泛应用，是不锈钢中节约镍元素的主要钢类 ；现代低铬铁素体不锈钢 ，作为经济不锈钢以其优良的综合性能和具有较低的寿命周期成本的优势 ，为进一步扩大不锈钢的应用范围创造了条件 。
(2)不断提高钢的纯净度，特别是最大限度地降低钢中碳 、氮 、氧等间隙元素含量，采用钛和铌同时加入的双稳定化并优化钢的生产和使用工艺，是进一步改善现代铁素体不锈钢品质和性能的重要途径 。
（ 3）宣传教育消费者正确认识不锈钢的性能，大力宣传铁素体不锈钢以节约宝贵的镍资源
参考文献
1． 陆世英 现代铁素体不锈钢（上） 不锈-2005年3期
2．任智勇 辛建卿 提高铁素体不锈钢质量的主要措施 山西冶金-2005年2期
3．Satoshi Suzuki 铁素体不锈钢的特性及其应用 不锈-2005年1期
4．李成 大力推进铁素体不锈钢在中国的生产与应用 不锈：市场与信息-2004年24期
5．李惠萍 新型铁素体不锈钢 中国钼业-2004年1期
6．陆世英 现代铁素体不锈钢发展概貌 不锈-2004年2期
7．荣惠康 中国汽车产业发展对铁素体不锈钢的需求 不锈：市场与信息-2004年24期 8．王亚 许洪新 铁素体不锈钢组织的形成规律 太钢译文-2004年2期