在已有的铁素体不锈钢中,含铬量在21%~23%的牌号较少。2004年,日本JFE停止生产304奥氏体不锈钢,先后问世的00Cr21CuTi (JFE443CT,以下简称 443CT)和00Cr22.5MoNb(JFE445M)等填补了这一空白。研制Cr21~Cr23型等牌号的思路与过去的区别在于在17%~18%Cr量的基础上提高了钢中铬量而不是加入或进一步提高钢中钼量来弥补430型等铁素体不锈钢耐蚀性的不足并可以达到节约贵重元素钼的目的。此处主要对00Cr21CuTi (JFE443CT)作一简述。


  众所周知,430不锈钢是国际上通用的节镍经济型铁素体不锈钢。由于此钢含铬仅16%~18%,不含镍又不含钼,大量用于室内环境中。而在室外的大气和水环境中此钢的不锈耐蚀性则尚显不足,一般多选用含钼的436、444等牌号。日本JFE公司在一些430型不锈钢基础上提高钢中铬量约达21%,开发了在室内和室外大气(除海洋大气外)和水环境(海水除外)中使用的耐蚀性优良的00Cr21CuTi不锈钢,以使它在一些用途中代替304不锈钢,(18-8型)铬镍奥氏体不锈钢,从而达到节镍并降低材料成本的目的。



一、化学成分和纯净度 


  JFE443CT化学成分标号为00Cr21CuTi,钢中除含有20%~23%Cr外,还含有少量(0.4%)的铜和0.3%的钛。钢中C+N含量≤0.03%,Mn、Si含量≤0.20%,S含量≤0.01%。


  对日本进口的冷轧薄带进行的化学成分分析表明,钢中硫量均在约0.001%,钢中硫化物、氧化物、硅酸盐等非金属夹杂物评级均为0级,钢的纯净度较高。



二、耐腐蚀性能


 1. 大气腐蚀 


   国内外在实验室进行的盐雾试验结果见图4.38;在海岸大气中进行挂片试验所取得的结果见图4.39。图4.38(a)的结果表明 SUS 304和JFE 443CT均未见锈蚀,而图4.38(b)的结果则指出0Cr17(SUS 430)不锈钢试验168h,钢从端部开始生锈,而JFE 443CT和SUS 304钢经5000h试验也均未见腐蚀。图4.39的结果表明SUS 430锈蚀严重,SUS 304不锈钢也有点蚀分布在整个试样表面上,而JFE443CT几乎没有锈蚀产生。


   图4.38(a)在35℃、5%NaCl溶液中经240h盐雾试验(GB 10125-88)的结果 、图4.38(b)盐雾试验结果(JIS 22371法)

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 2. 晶间腐蚀 


     表4.24系JFE 443CT和SUS 304的焊管焊后焊缝的晶间腐蚀试验结果(按GB 4334.5-90法),JFE 443CT和SUS304均未产生晶间腐蚀。


 3. 应力腐蚀 


   表4.25系在沸腾42%MgCl2中进行试验的结果(GB4334.8-84法)。试样为板材冷弯U形样和板材焊后冷弯U形样。SUS 304不锈钢试验<14h,U形样均出现了应力腐蚀断裂,而JFE 443CT 钢虽经216h试验也没有应力腐蚀断裂出现。


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 4. 点蚀和缝隙腐蚀


   钢中铬、铜量对JFE443CT钢耐点蚀性的影响 图4.40系JFE 443CT和SUS 304两种钢的试样在离海岸1km处放置前和放置1.5年后在35℃、3.5%NaCl溶液中测定不同铬含量以及铜量0.4%和不同含铜量时的点蚀电位,从图4.40(a)中可以看出:在海洋大气试验前随钢中铬量的提高,钢的点蚀电位提高(即耐点蚀性增加),当铬量达21%时,此钢的点蚀电位可与SUS304相当,铬量再高,其点蚀电位还可高于SUS304,含铜量0.4%和不含铜无明显影响。而从图4.40(b)中均可看出:在海洋大气中试验1.5年后,测定点蚀电位,随钢中铬量增加,JFE443CT钢的点蚀电位提高更加显著。当含铬量达21%时,此钢的点蚀电位大大高于SUS304钢的点蚀电位,而且含0.4%Cu者,其点蚀电位也远超过不含铜者。显然0.4%Cu的作用是有益的。


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   图4.41系采用X-射线光电子谱仪半定量分析经海洋大气中放置1.5年后试样表面钝化膜中 的结果。显然,经海洋大气中放置后,JFE 443CT钢表面钝化膜中铬的富集是此钢点蚀电位提高的原因,而0.4%Cu的加入则强化了钝化膜中铬的富集度,从而有益于耐点蚀性的提高,但是钢中含铜量有一适宜范围(见图4.42),含铜量低于0.3%或高于0.6%则是有害的。因此,在此钢冶炼时需予以注意。


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   JFE 443CT钢(00Cr21CuTi)的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能 图4.43~图4.46系国内外耐点蚀性的一些试验结果。从这些试验结果可看出,在所有试验条件下00Cr21CuTi钢的耐点蚀性与SUS304钢相当。图4.45国内的结果还指出了目前国内市场上宣传能替代SUS304钢并大量生产和销售的含1%Ni、4%Ni且低铭且高锰量的所谓“200系”钢①,耐点蚀性能很差,1%Ni(0Cr15Ni1Mn10CuN)低于410 (0Cr12),4%Ni(0Cr15Ni4Mn8Cu)低于430(0Cr17)。


   JFE所进行的JFE 443CT耐缝隙腐蚀的试验结果见图4.46中,一方面表明在相同试验条件下,含0.5%Cu的00Cr21Cu0.5Ti(JFE 443CT)较不含铜者耐缝隙腐蚀性显著提高,但也指出,00Cr21Cu0.5Ti(JFE 443CT)钢的耐缝隙腐蚀性要低于SUS 304,也说明了镍在不锈钢中耐缝隙腐蚀性能的良好作用。



三、力学性能和冷成型性 


  前面曾述及不锈钢的力学性能,主要是由钢的组织结构所决定的。而力学性能则直接影响着钢的冷成型性,00Cr21CuTi钢也不例外。众所周知,铁素体不锈钢的冷成型性也是正确应用不锈钢的难点之一。由于铁素体不锈钢与304等铬镍奥氏体不锈钢组织结构的差异,冷成型性不同,必须根据铁素体不锈钢的冷成型特点来研究选择适宜冷成型工艺以取得满意的结果。


 1. 深冲性  


   表4.26中列入了00Cr21CuTi钢的室温力学性能和冷成型参数并与304进行对比的结果,可以看出,由于304钢在拉伸变形过程中有相变产生,此钢易于加工硬化,故其强度(σb)值和伸长率均远较00Cr21CuTi为高。且Er 值也大。因此304铬镍奥氏体不锈钢非常适于胀形(鼓凸)冷加工。而00Cr21CuTi钢冷加工硬化倾向小,伸长率也低,Er值小。故此钢不适于单纯的胀形(鼓凸)冷成型。但是00Cr21CuTi钢的r、LDR值均较高,因此此钢非常适于深冲(深拉伸)型冷加工而且还会优于304不锈钢。表4.27列出了国内的试验结果。表4.26中还指出了00Cr21CuTi钢和304不锈钢的CCV值(圆锥杯试验),二者相差不大。这表明00Cr21CuTi钢仍具有深冲和胀形(鼓凸)复合冷加工的可行性。


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 2. 延迟开裂敏感性  


   不锈钢在进行诸如圆筒型产品的深冲等冷成型时,一般多采用多段冷加工工艺,因为若一次大变形量的冷加工后,短时放置便会出现人们称之为延迟开裂的现象。这与不锈钢的冷加工硬化的敏感性密切相关。


   国内曾对439、443两种铁素体不锈钢和一种铬镍奥氏体不锈钢304以及低铬低镍的1%Ni和4%Ni铬锰氮钢(国内称为所谓“200”系不锈钢)进行了冷成型后的延迟开裂敏感性试验。结果见图4.47。从图中可知,443和439铁素体不锈钢的延迟开裂的敏感性很低。由于此试验条件下深冲比最高仅为1.9,故冷作硬化敏感性较铁素体不锈钢高的304不锈钢并未显示其对延迟开裂敏感。但低铬、低镍的铬锰氮钢(1%Ni和4%Ni)则显示出对延迟断裂的高度敏感性,深冲比仅1.5和1.7,4%Ni和1%Ni钢便分别出现了延迟开裂。


   图4.47 443、439和304以及1%Ni、4%Ni钢延迟断裂敏感性 ,图4.48则系一种产品分8段进行深冲加工,深冲比达5~6高应变条件下的试验结果。可以看出JFE443CT钢并未出现延迟开裂而SUS 304不锈钢在第7段冷加工后便出现了开裂。说明了SUS 304钢的延迟断裂敏感性要高于JFE 443CT钢,一般认为奥氏体不锈钢延迟开裂敏感性高的原因与冷加工大变形区域的延伸还存在二次硬化和二次加工脆化有关。


 3. 抗皱性 


   铁素体不锈钢采用前述的化学成分和生产工艺相结合的生产措施,JFE 443CT钢的抗皱性可以达到与SUS304不锈钢相当的水平。图4.49系经20%拉伸后所测得的JFE 443CT和SUS 304的表面起皱情况的对比。



四、焊接性 


   JFE 443CT钢焊接性优良,可采用焊接不锈钢通用的方法进行焊接。试验表明,由于此钢碳、氮量很低且又加钛稳定化,焊后并无晶间腐蚀的敏感性。而且焊接部位也具有与母材基本相同的力学性能和耐腐蚀性能。


   当JFE 443CT需与18-8型304不锈钢进行对接焊时,需采用超低碳型的304L焊丝,为防止焊接部位敏化,焊接需使用308L和309L焊丝。


   焊接JFE 443CT时的注意事项与焊接其他超低碳并含稳定化元素的其他现代铁素体不锈钢相同。



五、应用 


  JFE 443CT不锈钢可用于室内和室外耐大气(除海洋大气外)和耐水环境(除海水外)的腐蚀,特别是430、439等铁素体不锈钢的不锈耐蚀性尚显不足的厨房设备、家用电器、装饰、市政设施、环境保护等一些用途中。代替304和304L铬镍奥氏体不锈钢制造薄截面尺寸的冷加工成型的设备构件、容器和输水管线等。




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