1前言

不锈钢一般应用于抗腐蚀和抗高温氧化性。也可用于装饰、医疗和其它用途。我们讨论的仅限于通用不锈钢牌号的Cr、Ni和Co的主要功能；从冶金学上可以看出，由于替代少量的Ni对牌号(18-8) 的最终应用没有任何不利影响。事实上，该建议的实施可以提高钢的质量和凝固特性。

“故意” 添加额外的Co到不锈钢熔体中不是我们的目的，因为目前Co比价格更昂贵；Co是“剩余的” 并且通常作为“残余元素” 包含在镍铁中；或包含在由Ni或者Mo组成的高温合金中。

许多钢铁厂在冶炼生产时都有不同的配料方式，每降低0.05%的Ni相当于节约1b/t的Ni；可以显著降低成本和提高利润。

2 背景

Uhlig和许多人认为，元素Cr提供了主要的耐蚀性能。假定表面形成氧化铬亚微观层。Cr越高，耐腐蚀性越好。我们所关注FeCr合金(不锈钢-铬含量约18%)在室温下是BBC(体心立方-铁素体) 。Ni的添加由BBC逐渐变成了FCC(面心立方-奥氏体) 。大约18%的Cr和8%的Ni，该结构主要的(92%~98%)奥氏体含量取决于是否有其它元素的添加。

舍弗勒和后来的德隆，同时致力于焊接问题的研究，量化铁素体化元素Si和Mo的相对值和Cr一起能促进和稳定BBC结构。反之，量化Mn、C、N的相对值和Ni一起，作为奥氏体化元素稳定FCC结构。这二个科学家组成的平衡图(Cr当量与Ni当量)俗称舍弗勒-德隆图(图1，2略)。

随着时间的推移，许多科学家根据微观组织结构对铬当量(Cr eq) 和镍当量(Ni eq) 不断进行了修改，在Cr当量公式组成中加入了许多新元素，像V，Al，Nb，Ti，W。在Ni当量公式中也加入了许多新元素，如Co和Cu(除了C，Mo和N) 。下面列举些例子(表1，略) ，以后会有更多公式出现。

更多的铬当量和镍当量的计算示例被其它公司/科学家使用 (略) 。

这些公式的不断修改，使关于δ铁素体含量的计算更加科学、严谨。因为，对于每一个元素，不同的科学家都乘回归系数办法(多元统计回归学) ，可以肯定的是，除了个别情况，这些系数都不是绝对的。例如，如上所示乘法因子Co是0.41，0.50和1.0。类似的如果对于Si，Mo等是有效的。

3 δ铁素体、铬当量和镍当量的作用

δ铁素体在奥氏体不锈钢凝固过程中起着重要作用。缺乏铁素体的完全容易开裂。低熔点共晶相也是硬化裂纹潜在因素。无论硬化是来自焊接熔池的形成过程还是冶炼从液体到浇注的过程，从金相上来说，其纤维组织形成是相似的。据推测研究，大约3%~8%的δ铁素体有利于消除硬化裂纹，类似于304。

基体中没有铁素体可能会导致不良的硬化裂纹，但过多的铁素体将降低热塑性。一些研究表明当铬当量值/镍当量值＞1.5~1.8时裂纹倾向性较低。下面为图3(略)和图4(略) 描述的结果。

因此，控制不锈钢中Ni和Co成为一种微妙的平衡。而下面讨论的目的是为更好地控制质量，我们建议允许少量的Ni被“残余” 的Co来代替保持同样的镍当量。科学家和冶金家们经过讨论认为，倍率系数0.41~1.00(我们认为0.60) 是比较合理的数值。

有时，在不锈钢废钢中残余元素Co非常低，因此关于成分平衡没有太大意义。残余元素Co超过0.20%在核电领域仍然是不可取的。当处于核反应堆中强辐射环境下，Co将变得有很高的放射性。因此，在核服务中任何的不锈钢将维持对Co含量的限制，Co残余的应用仅仅是在非核电领域。同时，由于Co没有参与Ni当量的计算，铁素体含量不可估计并且不稳定，造成凝固硬化现像不断发生。利用废钢中较高的残余Co和较低的镍共同作用达到同样的镍当量，生产出无裂纹的产品是非常可行的高效益工艺。

4 Co和Ni特征的比较

在周期表中的Co(原子序数27) 和Ni(原子序数28) 占据并排位置。它们的原子量为58.93与58.69。在二元合金中Ni和Co形成100%的固熔体。熔点为1493℃(Co) 与1455℃(Ni) 。二种元素在高温下形成并稳定，即使在室温下，Co是六角形结构，Ni是立方体结构。最外层轨道的电子结构是相同的(4s2)。因此，假设少量的Co(≤0.75%)替代Ni(≤0.45%)不会破坏不锈钢的冶金性能，事实上，Co支持和承担了Ni的功能。

在固熔体状态，如少量的Ni被相应Co替代，似乎没有任何的冶金问题。Ni和Co的等效方法采用系数法，每1%的Ni，Co的范围从0.41~1.0。我们建议一个相对保守的方法计算镍当量，Ni=0.60 x %Co。

5 腐蚀

Ni和Co一样应该是完全固熔(18/8不锈钢) 。少量的Co(最多0.75%)取代Ni，不引起奥氏体结构晶格的任何重大变化(变形) 。因此，由于附加应力造成的腐蚀作用不应该有任何显著变化。

6 机械性能

由Ni组成的和由少量的Co(0.50%~2%)取代Ni组成的改进后的304，从根本上说变形特性是一样好的。

因此，我们建议的极限是∶如果我们在304L中用0.75%Co替代Ni，Ms将会上升30F并且Md将会上升31F；表明用Co替代的合金比基本的304L12的加工硬化率稍高一些。

7 总结

我们建议，Ni上升0.45%允许被“残余” Co(上升0.75%)替代，保持0.60 x %Co=%Ni关系式，最低8.00%的Ni含量要求应该被“修改” 为%Ni+(0.60 x %Co)=8.00%。

利用类似的冶金原理，此建议的应用范围可以扩展到像316和316 L以及相似的合金牌号中如CF-8M和CF-3M。