铬锰不锈钢的特点及用途
截止到目前,铬-锰不锈钢的开发历史已超过60年。如今,该系列的不锈钢产品已广泛用于许多领域。
早在上世纪40年代,德国就已使用含有15%铬和12%锰的不锈钢。这一等级的不锈钢可用于日用品行业、啤酒业以及一般家庭用品。在40年代后期,美国阿·路德拉姆公司开发了几种铬-锰-镍合金钢,可以替代302和304不锈钢。在50年代,基于美国政府对某些用途的不锈钢中最大镍含量为1%的限制,阿·路德拉姆公司开发了另一等级、具有表1成分、称之为IA201的不锈钢。
表1
IA201不锈钢成分
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Cr,最小 | Mn,最小 | C,最大 | Ni,最小 | N,最大 | 替代 AISI |
14.5 | 15.0 | 0.15 | 0.99 | 0.25 | 301 |
上述不锈钢的力学性能与AISI 301不锈钢类似,其通过弯曲、成形和焊接而进行组装的能力与301类似。由于201和202不锈钢的屈服强度要比经常要进行深冲加工的300系不锈钢高30%~40%,因此其使用受到很多限制。为此,对200系不锈钢进行了降低强度的开发工作。
上世纪70年代初,印度通过提高锰含量(10%~14%),开发出相比AISI 201和AISI 202更软的新201不锈钢。新201不锈钢被印度标准局命名为201A,该品种含有16%的铬、4%镍和0.1%的氮。在印度缺少AOD炉的情况下,201A是通过低碳锰铁的很少量的氮化电解锰生产出来的。
由于增加铜可以提高不锈钢的堆垛层错能,从而降低其加工硬化率,因此开发出低镍和无镍含铜的不锈钢。在80年代后,这种不锈钢已成为非常普通的一种不锈钢,可进行深冲加工。在过去和现在,日本新日铁公司、美国卡彭特技术公司、欧洲的阿塞洛公司、印度的京德勒公司、中国台湾的烨联公司、日本的日新公司和川崎公司都生产过这种不锈钢。
此外,还开发出其它几种类似的不锈钢,以替代300系不锈钢。例如,可以节省5个百分点镍的216不锈钢。216不锈钢的退火强度的提高,使216不锈钢的工作温度提高,工作寿命延长。理所当然的,在某些条件下可以大幅度降低钢材重量和节约成本。
同样的是相对应303不锈钢,开发出203EZ不锈钢,它是含铬-锰-镍-铜不锈钢,氮含量较低,可用于无需机加工的领域。
力学性能与300系不锈钢类似、但有些特殊性能的几种不锈钢已经开发出来,如低碳的201L和201LN以及含硅改进磨损的不锈钢。此外,有较高铬含量、用于加工行业和其他用途的,有较高耐腐蚀性的高铬含量铬-锰双相不锈钢也已开发出来。
因此,许多国家、国际组织以及公司都有铬-锰系不锈钢标准(见表2)。
表2
各国、国际组织和钢铁公司铬-锰系不锈钢标准
%
铬-锰不锈钢标准 | |||||||
标准 | 成分 | ||||||
C | Mn | Cr | Ni | Mo | N | Cu | |
AISI 201,UNS S20100 | ≤0.15 | 5.50-7.50 | 16.0-18.0 | 3.50-5.50 | - | ≤0.25 | - |
BIS 201 A | ≤0.12 | 10.0-14.0 | 16.0-18.0 | 3.5-4.5 | - | - | - |
AISI 202,UNS S20200 | ≤0.15 | 7.5-1.0 | 17.0-19.0 | 4.0-6.0 | - | ≤0.25 | - |
UNS S20500 | 0.12-0.25 | 14.0-15.0 | 1.5-18.50 | 1.0-1.75 | - | 0.32-0.40 | - |
UNS S21400,TENELON | ≤0.12 | 14.0-16.0 | 17.0-18.5 | ≤1.0 | - | ≤0.35 | - |
含铜低加工硬化铬-锰系不锈钢 | |||||||
UNS S20430,204CU | ≤0.15 | 6.5-9.0 | 15.5-17.5 | 1.5-3.5 | - | 0.05-0.25 | 2.0-4.0 |
京德勒公司J1 | ≤0.08 | 6.0-8.0 | 16.0-18.0 | 4.0-6.0 | - | ≤0.10 | 1.5-2.0 |
京德勒公司J4 | ≤0.10 | 8.5-10.0 | 15.0-17.0 | 1.0-2.0 | - | ≤0.2 | 1.5-2.0 |
NTK K-1 | ≤0.15 | 8.0-10.0 | 13.0-16.0 | 0.5-2.5 | - | na | 1.5-2.5 |
NTK K-4 | ≤0.15 | 7.0-9.0 | 14.0-16.0 | 3.0-5.0 | - | na | 1.0-2.0 |
烨联 YU201 | 0.086 | 8.48 | 14.24 | 1.32 | - | 0.1 | 1.67 |
烨联 YU202 | ≤0.08 | 7.59-8.07 | 14.77-15.22 | 4.0-4.23 | - | <0.053 | 1.48-1.67 |
日新制钢 NHS104 | 0.11 | 10.5 | 14.5 | - | - | 0.14 | 2.0 |
川崎公司 R304MN | 0.034 | 8.6 | 15.5 | 2.5 | - | na | 2.5 |
211 | ≤0.07 | 5.5-6.5 | 1.0-17.0 | 5.0-6.0 | - | ≤0.05 | 1.5-2.0 |
NIPPON NAR 200 | ≤0.07 | 5.5-6.5 | 1.0-17.0 | 5.5-6.5 | - | - | 1.8-2.3 |
阿赛洛 201 CU | 0.025 | 8.0 | 15.2 | 5.0 | 0.3 | 0.035 | 3.3 |
非机加工等级铬-锰系不锈钢 | |||||||
UNS S20300,203EZ | ≤0.08 | 5.0-6.5 | 16.0-18.0 | 5.0-6.0 | ≤0.5 | - | 1.75-2.25 |
低碳抗晶间腐蚀铬-锰系不锈钢 | |||||||
UNSS20400,AL30 | ≤0.03 | 7.0-9.0 | 15.0-17.0 | 1.5-3.0 | - | 0.15-0.3 | - |
NITORIC 30 | ≤0.03 | 7.0-9.0 | 15.0-17.0 | 1.5-3.0 | - | 0.15-0.3 | ≤1.0 |
UNS S20103,201L | ≤0.03 | 6.0-8.0 | 16.0-17.0 | 3.3-5.5 | - | 0.15-0.2 | - |
UNS S201153,201LN | ≤0.03 | 6.4-7.5 | 16.0-17.5 | 4.0-5.0 | - | 0.1-0.25 | ≤1.0 |
高抗蚀性铬-锰系不锈钢 | |||||||
UNS S21904,AL219 | ≤0.04 | 8.0-10.0 | 19.0-21.5 | 5.5-7.5 | - | 0.15-0.40 | - |
UNS S21600,216 | ≤0.08 | 7.5-9.0 | 17.5-22.0 | 5.5-7.0 | 2.0-3.0 | 0.25-0.5 | - |
高强非磁性铬-锰系不锈钢 | |||||||
UNS S24000,AL33 | ≤0.08 | 11.5-14.5 | 17.0-19.0 | 2.25-3.75 | - | 0.2-0.4 | - |
UNS S24100 | ≤0.15 | 11.0-14.0 | 16.5-19.5 | 0.5-2.5 | - | 0.20-0.45 | - |
200系不锈钢有良好的延展性,甚至在80%的冷加工后,含铜2%和201不锈钢比304不锈钢仍有很好的延展性。200系和300系不锈钢的深冲性能相类似,但要明显优于400系不锈钢。铬锰不锈钢的比重要低于300系不锈钢,但高于400系不锈钢。相比300系不锈钢较低的比重,1t铬锰不锈钢可以制造更多的部件。
较好的耐磨性和耐蚀性
200系锈钢的耐磨性一般来说要优于300系和400系。200系不锈钢优良的耐磨性可以通过UNS S20400(NITORNIC 30)和UNS S30400比较出来。
优良的耐蚀性
200系和300系不锈钢优良的耐蚀性主要取决于铬含量,219含有20%铬,耐蚀性优于含有18%铬的304。
铬锰镍不锈钢的耐晶间腐蚀性与铬镍不锈钢相类似。降低碳含量可以防止晶间腐蚀,但仅是在有较短的敏化时间情况下。
204L和304L耐蚀性相当
研究人员发现,204L与304L相当,216L与316L相当。锰和钼相结合对铬-镍不锈钢和铬-镍-锰不锈钢在20℃硫酸的环境中表现出的特征类似,即使在50℃的硫酸中也是一样。
镍-锰不锈钢的应用
201不锈钢:不锈钢在结构件上的应用要求有较高的强度,外加高的韧性,如用于轨道运输车车体、厨房用具、家用和餐馆设备等。
至于建筑应用,可应用于如门窗,软管夹,活塞胀圈,洗衣机蓝,耐热衬垫、气囊容器,汽车饰件,混凝土加强筋等。
KTN H400:轨道运输车。
202:汽车装饰件,食品处理设备,烤箱,厨房设备,弹簧,建筑物和天线等。
201L(201L就是低碳的201):在焊接后保持很好的耐晶间腐蚀性,其用途包括运输车结构件、车顶、汽车侧板和车门框等。
Nitronic 30/AL 30:用于需要提高耐蚀性的结构件。
201LN:用于低于零度的焊接槽,最低工作温度可低至-196℃。其碳含量被限制在0.03%,以使在焊接过程中的敏感最小。一般用途包括液化气体储存罐和移动式气体储存罐。
204Cu:用于将食品送入烤箱的传送带中的钢丝,用于煤处理的金属网和烟草加工设备。
K1,K4,RM304N:用于装饰管,厨房设备,家用物品等。
216:过去是由阿·路德拉姆公司生产,主要用于加工设备、热转换器的管材、热转换器中的焊接薄板、冷凝器和污水过滤器。
219:主要用于航空液压系统管线、热转换器管、污染控制设备和粒子加速器管。
240/AL33/Nitronic 33:用于天线、线缆、工业筛网、弹簧、钢丝,也用于混凝土中。此类不锈钢具有较高的强度,同时有低的磁导率。
目前,在发展中国家主要使用含铜的J1、J4、K1、K4等较软可以冲压的铬-锰不锈钢。此外,还有一些铬-锰不锈钢用于相应用途。
从技术发展前景看,铬-锰不锈钢可以在众多应用方面替代301、302、304、304L、316和316L不锈钢。需要提出的是,铬-锰不锈钢已在很多领域得到应用,然而考虑到这些铬-锰不锈钢的优良性质,但总使用量较低,说明其还有很大发展潜力。总之,经过多年的开发与应用,铬-锰不锈钢展现了很多的特点:
1、铬-锰不锈钢展现出强度、延展性、韧性、成形性、焊接性、耐磨损和耐腐蚀性好的综合性能。
2、整体上说,铬-锰不锈钢的屈服强度比300系和400不锈钢高30%~40%,延展性与300系不锈钢相当,大大高于400系不锈钢。
3、在耐磨损、耐冲蚀性等方面,铬-锰不锈钢要优于300系和400系不锈钢。
4、204Cu具有良好的耐缝隙和麻点腐蚀能力及耐应力腐蚀能力,可与304媲美。
5、铬和碳含量与304相当时,铬-锰不锈钢的耐腐蚀性也与300系列接近,印度京德勒不锈钢公司的J204耐蚀性就与304类似。
6、与300系和400系不锈钢一样,铬-锰系不锈钢也有碳含量较低的品种,因此耐晶间腐蚀能力也较强。铬-锰系不锈钢也有铬、钼含量较高的品种,其耐腐蚀和抗氧化的能力很强。现有的铬-锰不锈钢的在很多用途中可以替代301、302、304L和316L。
7、尽管存在敏化问题,但在给定碳含量的情况下,铬-锰不锈钢几乎与300系和400系不锈钢相同。
8、铬-锰不锈钢的比重比300系不锈钢低1%~3%,但比400系高2%。因此,在重要给定的情况下,在厚度相同时,铬-锰不锈钢要大于300系不锈钢。
9、铬-锰不锈钢展现出具有非常高的强度,同时又较低的磁导率的综合性能,因此可以广泛用于许多仪器中。
10、铬-锰不锈钢展现出与300系不锈钢相同的焊接性能,而且要优于400系不锈钢。
尽管铬-锰不锈钢在许多性能方面与300和400系不锈钢相类似或更好,在许多用途中可以替代300和400系不锈钢,但在性能和应用扩展方面仍有许多限制。今后铬-锰不锈钢开发的重点是开发出性能与300系不锈钢中的超级奥氏体不锈钢和超级双相不锈钢相当的新品种。