J1和J4系印度Jindal公司的厂家牌号,希望代替18-8(AISI 304)奥氏体不锈钢,至今我们尚未见到全面完整的技术资料。但是,与J1、J4试图代替著名的18-8相比,不仅降低了对钢的不锈耐蚀性有益的铬、镍等元素,并且大大提高了对钢的不锈耐蚀性有害的锰元素,可以肯定,J1、J4的不锈耐蚀性等会远远低于18-8不锈钢。
一、化学成分
表5.25系J1和J4的化学成分与AISI 201、AISI 202和美国211的相对比。
由表5.25可知,为了节镍,J1和J4钢中镍量较 AISI 201、AISI 202和211低,而为了保证具有单一的奥氏体组织,J1和J4钢中的铬量较 AISI 201、AISI 202 和美国211也偏低了1.0%~3.0%,AISI 201,AISI 202均不含铜,J1和J4为了提高冷成型性都含铜,且含铜量与211相当。
二、组织结构
图5.30示出了J1和J4钢在Fe-Cr-Ni-Mn相图中所处的大致位置,可知J1和J4均具有单一奥氏体组织。
三、力学性能
表5.26列出了印度产J1,中国台湾产J4以及中国大陆产J4、304(0Cr18Ni9)、430(1Cr17)钢的室温力学性能。
四、冷成型性
前面已述及,向不锈钢中加入镍、铜等元素,对提高钢的冷成型性有益,而向钢中加入铜已成为了改善各类不锈钢冷成型性的重要手段,但是,向钢中加氮,由于氮的固溶强化作用,反而会恶化不锈钢的冷成型性。
图5.31系J1(含4%Ni者)和J4(含1%Ni者)与AISI 201、304不锈钢等的冷成型性(以延迟开裂概率来评价)的对比,可以看出:304不锈钢具有最佳的冷成型性,当深冲比高达2.0时,其延迟开裂概率仍为零;J4的冷成型性最差,深冲比仅1.4时,其延迟开裂已达80%,而深冲比在1.6时,其延迟开裂概率便高达100%;含4%Ni的J1钢,其冷成型性虽次于304不锈钢,但却既优于J4,也优于AISI 201。这与J1钢和AISI 201相较,J1钢既含铜(约1.5%),而氮量又低(<0.10%),同时含镍量又与AISI 201相近有关;而J1与J4钢相较,J1钢冷成型性较好,与此钢含镍量高而氮量又低有关。
由第4章图4.47可以看出,国内最近所进行的铁素体不锈钢439、443,奥氏体不锈钢304与含1%Ni和4%Ni铬锰钢的冷成型延迟开裂试验,结果中,低镍的J1、J4虽然含有有利于提高冷成型性的铜元素,但它们的延迟开裂概率仍远高于439、443和304不锈钢。图5.32系国内用仿制J1、J4钢的板材生产制品时,由于延迟开裂所造成的废品,同时国内还发现居民使用的用国内仿制的J1、J4钢制作的厨房用品在使用过程中发生过自行开裂的现象。
由于以锰、氮代镍钢冷成型性差,为了防止此钢在冷加工后延迟开裂,需要增加消除应力热处理的次数,最终导致加工成本的提高。
五、不锈耐蚀性
前面的图2.30(A)、图2.30(B)已指出,向钢中加入锰可显著降低不锈钢的耐点蚀性,由于J1和J4不仅锰量高,而且铬量低,在考虑了不锈钢中铬、氮对耐蚀性的有益作用和锰元素的不利影响后,按不锈钢耐点蚀指数公式计算,J1和J4的耐点蚀指数仅相当于约含12%Cr不锈钢的耐点蚀指数,而430、439、443等铁素体不锈钢的耐点蚀指数则为17%~21%,304铬镍奥氏体不锈钢的耐点蚀指数则可达19%以上。因此,可以预计:J1和J4钢的不锈耐蚀性不仅远低于0Cr18Ni9(304)奥氏体不锈钢,而且也会低于430、439和443等无镍的铁素体不锈钢,同时还会低于AISI 200系钢和铬、镍、氮量与J1和J4相同但不含锰的不锈钢。
国内某不锈钢厂进行的盐雾试验结果指出,J1和J4在24h(一般17~18h)内便出现锈蚀,而0Cr18Ni9(304)和1Cr17(430)经过48h,有的试样经过96h后才出现锈蚀。
图5.33 经盐雾试验后,J1、J4和304、439(0Cr17.5Ti)表面的锈蚀情况,国外进行的盐雾试验所取得的结果见图5.33,可以明显看出,J1和J4锈蚀严重,而304(0Cr18Ni9)和439(0Cr17.5Ti,相当于在430中加钛)铁素体不锈钢则锈蚀轻微。
第4章图4.45系国内在3.5%NaCl、30℃溶液中所进行的耐蚀性(以点蚀电位来衡量)试验所取得的结果。可以看出1%Ni和4%Ni的J4、J1耐蚀性不仅远低于304L、443和439,而且还分别低于410和430。
图5.34系国外在1mol/L NaCl溶液、25℃时所进行的试验结果,同样以点蚀电位来评价钢的耐蚀性。含1%Ni和4%Ni的J4、J1,J4的耐蚀性最差,均低于无镍的430铁素体不锈钢(Cr17),而经济型双相不锈钢LDX 2101(00Cr21Mn5Ni1.5N)耐蚀性最佳,要优于304,标准型铬锰奥氏体不锈钢 AISI 201也低于304,更低于LDX 2101。
图5.34 在25℃、1mol/L NaCl溶液中,测定1%Ni、4%Ni和AISI 201的点蚀电位并与430、304和LDX2101对比的结果
浙江至德钢业有限公司技术工程师认为,为了节镍代替304并获得奥氏体组织,又保证钢的耐蚀性,前述美国AISI 200系钢,钢中铬量均设计在与18-8型钢含量相当的17%~18%,而J1和J4钢是以降低钢中铬量,牺牲钢的耐蚀性为代价所开发的,希望代替304的低铬低镍高锰的铬锰不锈钢,不是节镍不锈钢的发展方向。低铬低镍又高锰的铬锰不锈钢的耐蚀性不仅远低于18-8型(304),而且也无法与根本不含镍的430型和JFE443等现代铁素体不锈钢及仅含有少量镍的经济型双相不锈钢(如LDX 2101等)相竞争。
浙江至德钢业有限公司技术工程师还认为,当人们选用以锰、氮代镍的低铬、低镍、高锰的铬锰不锈钢代替著名的18-8(304)不锈钢制作与饮用水、食品等相接触的一些器皿和用具时要备加小心。因为与18-8不锈钢相比,它们的不锈耐蚀性很差,在使用条件下,所腐蚀迁移下来的各种重金属元素也会多,长期使用会对人们的健康造成损害。
可以预计,若国内将生产100万吨的J1和J4,改为生产100万吨430型和443等现代铁素体不锈钢,仅需增加3万~5万吨比较便宜的(高碳)铬铁外,便可为国家节约1万~4万吨镍、1.5万~2.0万吨铜和8万~10万吨锰,并可大大降低钢的生产成本,同时还较J1和J4具有更加优良的不锈耐蚀性能。最终实现不锈钢生产节约资源(节镍等元素)、节能减排并防止环境污染等目标。
当一些用途必须选用铬锰奥氏体不锈钢时,浙江至德钢业有限公司技术工程师建议还是选用相当于AISI 201、AISI 202和AISI 205的一些标准牌号。