镍(Ni)是一种极其有用的金属,可用于电气元件、电镀材料和耐热钢、镍基高温合金的合金化元素以及其他一些用途。不锈钢占了对Ni需求的最大部分,占总消费量的约60%。
2005年,全世界不锈钢的生产量超过了2400万吨,其中奥氏体不锈钢约占70%。18%Cr一8%Ni(304型)牌号是最典型的奥氏体不锈钢。
Ni原料的价格相当于占304型等奥氏体不锈钢价格的40%~45%。最近几年,Ni价一直持续上升,目前维持在32000美元/吨左右。Ni原料价格的上升使得含Ni不锈钢的价格上升。因此,为了避免较高的材料价格,不锈钢用户希望能使用Ni含量降低的不锈钢替代品(下文称为“节镍钢”),也可能转而使用其他金属材料。事实上,当Ni价上升或Ni的消费受到限制时,经常会试用铁素体不锈钢和以N或Mn替代Ni的奥氏体不锈钢。
304型不锈钢具有良好的性能价格比、可成形性和耐腐蚀性,因此该钢种的应用范围很广,包括家用产品、建筑材料、汽车部件、化工及食品行业用的材料。然而,这些用途并不要求304型钢的所有用途。换句话说,其他类型的不锈钢只要其用途所必需的性能能够得到满足就可以用作304牌号的替代品。
铁索体不锈钢。通过添加Cr和Mo,铁素体不锈钢可能会有等于或优于304的耐蚀性,而其可成形性及强度却受到限制。如果要使铁素体不锈钢渗透到目前被Cr-Ni不锈钢占据了很大份额的领域中去,必须打破这些限制。
为了赋予铁素体不锈钢高的强度,已开发出了具有铁素体和马氏体双相显微组织的材料。另外,通过添加高含量的Cr而不使用昂贵的Mo开发出了耐蚀性等同于304的铁素体不锈钢,还采用低C、低N和加Ti的化学成分设计开发出了焊接性能得以提高的铁素体材料。由于铁素体不锈钢具有与奥氏体不锈钢不同的结晶组织,因此很自然二者具有不同的物理、力学和化学性能,而且它们的应用领域也不同。
Cr-Mn-Ni不锈钢。Cr-Mn-Ni不锈钢的耐蚀性要比Cr-Ni不锈钢差一些。然而,视所添加的合金化元素和使用环境而定,对耐蚀性的评估将有所不同。此外,Cr-Mn-Ni不锈钢的力学性能几乎等同于304的。因此,可以认为Cr-Mn—Ni不锈钢具有其他节镍钢的优点。
最近几年,以印度和中国为中心,Cr-Mn-Ni不锈钢的市场已得到了扩张。根据2004年5月在韩国举行的国际不锈钢论坛(ISSF)资料报道,2003年不锈钢粗钢中Cr-Mn-Ni钢已达到7.5%的份额。这些Cr-Mn-Ni不锈钢含1%-5%的Ni。这些钢应用于诸如餐具以及结构材料用管道等无需特别高的耐蚀性的用途。
然而,关于Cr-Mn-Ni不锈钢可成形性及耐蚀性的数据并不像Cr和Cr-Ni不锈钢那样充足。这意味着必须收集其用途的完整数据以进一步扩大Cr-Mn-Ni不锈钢的用途。
对加Mn不锈钢的研究始于1912年。在最近几年中,研究和开发主要有两个方向,其一是通过加Mn使不锈钢具有一些新的功能,诸如无磁性或高强度,其二是为了节Ni而在不锈钢中加Mn。
在Cr-Ni不锈钢中,化学成分和性能之间的关系,例如Ni当量和Cr当量、Md30和力学性能之间的关系可以用一个化学成分的一阶线性方程式来表示。这个关系式经常被用作新钢种开发的指南。然而,对于Cr-Mn—Ni不锈钢,不建议使用这一关系式。尽管这种材料具有同样的奥氏体显微组织,但是对Cr-Ni和Cr-Mn-Ni钢来说合金化元素对性能和组织的影响可能不同。为了迅速开发出具有与用途相适应性能的钢,对Cr-Mn—Ni不锈钢来说必须研究化学成分和性能之间的关系。
另外,在对市场上采购的废钢进行质量控型时,要区分Cr-Mn-Ni和Cr-Ni不锈钢是有困难的。然而,使用为废钢分类而开发的成套化学分析仪和便携式x-射线分析装置还在不断发展中。可以说用这些技术来确立废钢的控制方法也是扩大cr-Mn-Ni不锈钢应用的一个关键。