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日本A系奥氏体不锈钢(SUS304、301、304J1)和高纯净F系铁素体不锈钢(SUS430LX、SUS430J1L、SUS436L、SUS444、SUS445J1、SUS445J2、SUSFF7J1)
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-09-26
不锈钢耐蚀性优良，其化学性质由合金组分决定。然而，为了充分发挥合金的特性，需实现材料组织的最佳化。不锈钢的力学性能也优良，为了使之具有与其它钢铁材料同样的强度、韧性和加工性能，也需要实现最佳的材料组织控制。
1不锈钢的组织、材质控制和新钢种开发
1．1 A（奥氏体）系不锈钢(SUS304、301、304J1)
SUS304具有耐蚀、耐热、加工性能均衡的优良特性，但因其含碳0．05％左右，当其从A单相区域缓冷时易在晶界析出Cr23C6等含Cr的碳化物，从而在晶界附近基体中造成贫Cr现象，即产生晶间腐蚀，故使用此钢时须注意参考敏化曲线的受热过程。为了提高此钢的晶间腐蚀抗力，开发生产了降C的SUS304L和加Mo的SUS316。
SUS304的力学性能优良，特别是延伸率和加工硬化指数(n值)大、凸肚成形性好。SUS304和SUS301是亚稳定A系不锈钢，因A易产生形变感应相变而变为M（马氏体），从而能抑制缩颈等局部变形，显示了能获得高延伸性的相变感应塑性(简称TRIP)。形变感应M对钢的高强度化有效。含Ni量比SUS304更少、A不稳定的SUS301因易生成形变感应M，故易获得高强度。最近，兼顾了强度和耐蚀性而按最佳成分设计的SUS301L钢大量用于车辆制造。
设计加工性能优良的不锈钢材料，须根据不同加工形式进行材料组织控制。凸肚成形性可以用上述的TRIP工艺进行改善。反之，材料的深冲性和延伸凸缘性则易因形变感应M生成量多而下降，特别是在多段深冲时，凸缘部的硬化会强烈阻碍下道工序的深冲加工性。例如材料经多段深冲后再进行施压时，基体的软质化对抑制深冲的加工硬化和季节性开裂是极为重要的。为了满足上述的材料特性要求，开发的代表性成分为17Cr－8Ni－2．7Cu－2．7Mn－L（C，N）的不锈钢板，除屈服点低之外，还调整了形变感应M的生成和A的加工硬化，因而具有超软质的加工性。另外，开发的冷轧钢板的扩孔性比SUS304钢冷轧板高出1倍，其季节性开裂极限深冲比大、成形度高。
上述开发的材料设计思路是为了降低钢的屈服强度，通过改进钢的精炼技术而降低了导致固溶强化的C、N含量，这就比一般SUS304(8Ni)更能抑制加工感应M的生成，从而使开发的钢具有与18Cr－9Ni钢同等的A稳定性。另外，为了调整A本身的加工硬化而实现了加入钢中的Ni、Mn、Cu量的最佳化；最大限度改善钢的二次加工性，实现了由加工感应M引起的TRIP和A本身加工硬化相结合工艺的最佳化。
1．2 高纯度F（铁素体）系不锈钢(SUS430LX、444等)
高纯净化精炼技术的进步，大幅度且经济地降低了不锈钢的C含量，从而推进了可改进耐蚀性、加工性、焊接性的高纯度F系不锈钢的开发。近年日本各厂家开发的这类钢的代表性钢种共有9个，其中有7个(SUS430LX、430J1L、436L、444、445J1、445J2、FF7J1)钢种纳入了日本工业标准，另有2个(17～19Cr－0．5Mo和17Cr－1．5Mo)为企业标准。这类钢的特点是除了低(C＋N)化之外，还向钢中加入了Ti和Nb进行稳定化；为了提高钢的耐蚀性，在加入Cr的同时，还加入适量的Mo和Cu元素。
(1)耐蚀性的改善
从钢的点蚀电位和间隙腐蚀临界电位与钢中Cr、Mo含量之间的关系可知，高纯度F系不锈钢的耐蚀性基本上可用Cr和Mo的足够含量确保。然而，较之A系钢，因F系钢的C、N固溶度很小，C、N化物量在晶界析出，从而降低了钢的耐晶间腐蚀性。故此类钢既要降低C、N，又须加入Ti、Nb稳定化元素，只有这样才能确保钢有充分的耐晶间腐蚀性能。
(2)力学性能的提高
此类钢因含有较高的Cr以及Mo、Cu等合金元素，故其延伸性比低碳钢差。为了改善其延伸性，除为了确保耐蚀性而加入最低限度的合金元素之外，须尽可能减少钢中的杂质元素而实现钢质的高纯净化，如尽可能降低P含量、减少过剩的Ti量、并控制Si含量等都能改善钢的延伸性。提高这类钢的r值(塑性应变比)的方法与无间隙原子钢是相似的：为了在最终制品上促进狖111狚＜112＞方位的发达，须在冷轧前尽可能降低钢中固溶的C、N。为此，须在钢液精炼中降低C、N至极限值，并添加Ti、Nb以净化钢质，而且，不宜用森吉米尔式多辊轧机冷轧，而是应以大直径轧辊的串列式冷轧机轧制，以促进r值高的织构生成而实现材料的高r值化，使之能用作汽车废气排出系统的功能性材料。
(3)既提高加工性又减少凹陷缺陷
F系不锈钢在冲压成形时易产生被称作凹陷的凹凸不平缺陷，这不仅有损美观，还增大了精整工作量。一般将这类钢高纯净化时，这类缺陷之所以增大的原因是高纯净化导致连铸板坯铸态组织晶粒粗大化，造成在热轧过程中狖100狚＜011＞方位晶粒集中(以下简称为colony聚集组织，即珠光体中片状F和渗碳体相互重叠的部分)之故。因此，为了既能获得高纯净化改善加工性的好处而又能减轻凹陷缺陷，在开发高加工性F系不锈钢(超低C，N－17Cr－Ti－Mg)时，采用了以下的材料设计方案。
本次开发钢是以17Cr钢为基础，兼具最高水平的加工性并能减轻冲压凹陷的F系不锈钢。为了获得17Cr钢中最高水平的加工延伸性，须在精炼工序中彻底降低钢中杂质元素，并控制稳定化元素Ti的加入量在最低限度，即确保无多余的Ti来降低钢的延伸性。为提高r值，采用新的不锈钢精炼工艺SUS－REDA，最大限度降低了钢中的C、N含量。稳定化元素之所以选择Ti，是因其提高r值效果大而强度增加小。
在钢的高纯净化同时，连铸板坯铸态组织中粗大柱状晶发达，从而形成了上述colony聚集组织。虽然再结晶对截断该组织是有效的，但一次再结晶的截断效果不充分，故须反复进行二次以上的再结晶。
因高纯净F系不锈钢的再结晶核主要在晶界上，故为了高效获得再结晶组织，须细化铸态低倍组织。为此，在铸造时利用钢中氧化物促进异质(即非均质)晶核的生成，从而截断了柱状晶的生长，细化了凝固组织，为在热轧中获得一次完全再结晶创造了条件。另外，由于在氧化物＋TiN上C、N化物和C、S化物的复合析出而凝聚，也可防止能抑制热轧板退火时再结晶的细小析出物，从而能获得兼具高r值和低凹陷缺陷的再结晶组织。通过热轧过程中的再结晶并利用热轧板退火时的再结晶，无须增加工序就可截断colony聚集组织。而且，上述复合析出物的存在，也能有效促进冷轧后最终退火时晶粒的生长，确保了延伸性和高r值化。利用以上所述氧化物进行的凝固、析出控制，使得凝固组织细化、以及结构、晶粒直径控制变得容易了，从而建立了兼具高加工性和低凹陷的合理制造工艺。较之原来钢SUS430，新开发钢的加工性能和产品质量都明显提高。
2结语
不锈钢虽然耐蚀性、力学性能优良，但为了充分利用其优点，选择加入钢中的合金元素对于材料组织控制特别重要。本文概要介绍了日本广泛应用的A系和高纯净F系不锈钢的材料组织控制技术，以及利用该技术开发的超软质A系和高加工F系不锈钢的材料设计方案、生产工艺。对于不锈钢的生产者和使用者具有参考价值。