不锈钢的发展、分类、应用及生产工艺

(1)不锈钢的发展

不锈钢是金属材料中的佼佼者,具有许多优良的独特特性,如耐蚀性、耐热性、耐低温性、好的加工性能等,此外,不锈钢外观精美,寿命周期成本价低,可以{bfb}的回收利用,因此在各个工业及民用领域得到了广泛的使用,是一种非常好的结构和功能材料。

不锈钢诞生以来发展迅速,应用范围迅速扩大。不锈钢自上个世纪初问世至今已有90多年的历史,不锈钢的发明是世界冶金史上个一个伟大成就,不仅为现代工业的建立、发展和科技进步奠定了物质基础,而且在民用领域的扩大应用也显着提高了人们的生活质量。

不锈钢的性能得益于添加的数种元素。目前已知的化学元素有100多种,在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说,最常用的元素有十几种,除了组成钢的基本元素铁以外,对不锈钢的性能与组织影响{zd0}的元素是:碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外,都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。

中国不锈钢产业近年迅速发展壮大。上世纪80年代中国不锈钢每年消费量处于低水平,产量在30万吨以下,生产技术水平落后,处于俳徊状态,90年代进入发展期,1999年消费量达到150万吨。近十年来由于受国民经济发展和国民收入的拉动,中国不锈钢得到飞速发展,进入高速发展期,平均每年以20-30%的速度增长,超过世界不锈钢的增长速度。而同期世界不锈钢年平均增速为5.76%的水平,是所有金属材料中增长最快的一种。

2)不锈钢的分类

不锈钢通常按基体组织分为:

①铁素体不锈钢。含铬12%~30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高,耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。

②奥氏体不锈钢。含铬大于18%,还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好,可耐多种介质腐蚀。

③奥氏体 - 铁素体双相不锈钢。兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点,并具有超塑性。

④马氏体不锈钢。强度高,但塑性和可焊性较差。

3)不锈钢的应用

从不锈钢应用行业分析,汽车工业是当前发展最快的不锈钢应用领域。近十年来,日本汽车用不锈钢的消费量已从平均10公斤增至30公斤,美国已超过40公斤。大客车、地铁、高速铁路用车等公共交通运输工具也广泛采用了不锈钢。中国家电行业是不锈钢应用潜在的大市场。另外,不锈钢在水工业、建筑与结构业、环保工业、工业设施中的需求也将逐年上升。                            

车辆/汽车工业:这是当前发展最快的不锈钢应用领域。采用高强度不锈钢制造车体结构可大大降低车辆自重,增强车体结构的强度,用不锈钢做车辆的面板与装饰部件可减少维护成本。此外,不锈钢还因具有抗氯离子腐蚀和耐热的优点而被由于汽车的排气系统。现在,日本、美国、瑞典等国已大量使用不锈钢车辆。日本从80年xx始推广,目前其不锈钢火车车辆已达60%。轿车工业是不锈钢应用的开发重点。水工业:水在其储运过程中遭受污染的问题已为人们日益重视。大量实践证明,不锈钢是水的准备、贮存、输送、净化、再生、海水淡化等水工业{zj0}选材。其优点是:耐腐蚀、抗地震、节水、卫生(无铁锈及铜绿色)、重量轻(减轻1/3)、少维修、寿命长(可使用40 年)、寿命周期成本(LCC)低、属可回收再利用的绿色环保材料。据介绍,目前,日本东京地区管道不锈钢化已达76%,管道漏水率由原来的14.7%降至目前的7.5%。日本大阪遭受大地震后,不锈钢储水罐完好无损。最近,日本开发出波纹管接头,使不锈钢输水管路的施工成本降低20%,总成本降低3%,维修成本降低3/4。

建筑业:它是不锈钢应用最早的领域之一。在建筑装饰方面,目前,不锈钢主要用在高层建筑的外墙、室内及外柱的包覆,扶手、地板、电梯壁板、门窗、幕墙等内外装饰及构件。经表面处理、着色、镀层的不锈钢板,解决了触摸后易出现手印等问题,使不锈钢的应用范围进一步扩大。日本开发了多种不锈钢屋面材料,如耐腐蚀性能更好的高、中铬铁素体和各种镀层板。瑞典研制的super-clean 刷光表面不锈钢板、法国Ugine开发的UGITO 表面板,为建筑业提供了新的选择。

家电业:在家电业,不锈钢用量大的是自动洗衣机内筒、热水器内胆、微波炉内外壳体、冰箱内衬,且多采用铁素体不锈钢。西欧家用电不锈钢的比例较大,亚洲除日本接近欧洲水平外一般用得较少。1999 年,日本家电业铁素体、马氏体类不锈钢的消费量达到28%,奥氏体的占到12%。我国生产的微波炉、冰箱、空调、电视等已是世界上具有竞争力的出口产品,国内家电行业是不锈钢应用的潜在大市场。据估计,今后5-10 年,我国家电行业不锈钢需求将达到10 万-15 万吨。

环保工业:工业废气、垃圾和污水处理装置需采用不锈钢制造。在烟气脱硫过程中,为抵御二氧化硫及氯离子、铁离子的腐蚀,在吸收塔、冷却器、泵、阀门、烟道等处需要采用双相不锈钢及高牌号奥氏体不锈钢。垃圾焚烧炉、废水处理等设施都需要采用高性能不锈钢材料制作。

工业设施:发达国家工业设施采用的不锈钢比例一般可到15%-20%,目前国内的应用比例还很小。这一方面是因成套引进的工业设备,不锈钢材料并未统计,另一方面是因国内材料尚未采用。化工、石化、化纤、造纸、食品、医药、能源(核电、火电、燃料电池)等领域都需要不锈钢。此外,现有进口设备已进入检修期。随着国产不锈钢产品质量的提高及特殊牌号产品的开发,今后国内工业设施方面不锈钢的应用将会逐年增加。

(4)不锈钢的生产工艺流程

目前世界上不锈钢的冶炼有三种方法,即一步法,二步法,三步法。

一步法:即电炉一步冶炼不锈钢。由于一步法对原料要求苛刻(需返回不锈钢废钢、低碳铬铁和金属铬),生产中原材料、能源介质消耗高,成本高,冶炼周期长,生产率低,产品品种少,质量差,炉衬寿命短,耐火材料消耗高,因此目前很少采用此法生产不锈

钢。

二步法:1965年和1968年,VOD 和AOD 精炼装置相继产生,它们对不锈钢生产工艺的变革起了决定性作用。前者是真空吹氧脱碳,后者是用氩气和氮气稀释气体来脱碳。将这两种精炼设施的任何一种与电炉相配合,这就形成了不锈钢的二步法生产工艺。目前世界上88%不锈钢采用二步法生产,其中76%是通过AOD 炉生产。因此它比较适合大型不锈钢专业厂使用。

三步法:即电炉+复吹转炉+VOD 三步冶炼不锈钢。其特点是电炉作为熔化设备,只负责向转炉提供含Cr、Ni 的半成品钢水,复吹转炉主要任务是吹氧快速脱碳,以达到{zd0}收Cr的目的。VOD 真空吹氧负责进一步脱碳、脱气和成分微调。三步法比较适合氩气供应比较短缺的地区,并采用含碳量较高的铁水作原料,且生产低C、低N不锈钢比例较大的专业厂采用。

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