提到日本的鋼鐵工業,新日鐵、JFE、住友金屬、神戶制鋼等世界頂級企業的名字馬上就會涌入腦海。作為鋼鐵強國,日本鋼鐵工業較高的產業集中度、良好的戰略布局、重大的前沿工藝技術、高質量高檔次的產品等得以使其在國際競爭中遙遙領先于其他國家。而日本鋼鐵工業對先進技術矢志不渝的追求、科學的技術研發體系以及強大的消化吸收再創新能力更令人稱道。下面介紹下日本不銹鋼的使用、開發狀況和發展方向,這對于中國不銹鋼的使用和開發具有重要的借鑒意義。
(1)鐵素體不銹鋼的應用不斷擴大
近年來,日本不銹鋼產量和消費量約為300萬t/a~350萬t/a,其中約一半是奧氏體不銹鋼SUS304。但是SUS304對局部腐蝕的耐蝕性不足,因此在更苛刻的環境下,就使用SUS316鋼(增加 Ni含量并添加Mo)。然而由于Ni價高漲,所以開發了價格更低且耐蝕性和加工性與奧氏體不銹鋼相同的鐵素體不銹鋼,使無Ni或少Ni的鐵素體不銹鋼得到廣泛利用。如日本將鐵素體不銹鋼用于大型建筑物的屋頂用材,建造了許多不銹鋼半球狀拱形屋頂球場。
17Cr-0.2Ti鋼和21Cr-0.4Cu-0.3Ti鋼是大幅降低C、N含量的鐵素體不銹鋼,其力學性能比傳統SUS430鋼顯著提高。為避免Mo價不穩定的影響,還開發出節Mo鋼種,如19Cr-0.4~0.6Cu-Nb系列鋼種和上述21Cr-0.4Cu-0.3Ti。這些鋼種都是通過增加Cr含量,降低C、N含量,并添加Cu和Nb來提高鋼的耐蝕性。
雖然增加Cr含量并添加Mo有利于提高鋼的耐蝕性和加工性,但Mo與Ni一樣也有資源緊缺的問題。解決的途徑是最大限度地減少鋼中不純物并降低C、N含量。減少作為腐蝕源的非金屬夾雜物、析出碳化物和不純物的偏析,同時可提高鋼的耐蝕性和加工性。
(2) 特殊用途的不銹鋼
不銹鋼的高純度化和腐蝕特性
控制非金屬夾雜物和不純物偏析對提高不銹鋼耐蝕性非常重要。超低碳IF鋼的生產技術已經為不銹鋼的高純度化指明了方向,對高純度鐵素體不銹鋼的開發有很大促進作用。
Mayuzumi等人以99.9%和99.99%的高純度Fe、Cr、Ni等為原料用冷坩堝法脫氧,熔煉出幾十公斤的不純物濃度小于10ppm,氧含量為60ppm~80ppm的高純度不銹鋼(18Cr-16Ni-2Mo)。通過在鋼中單獨添加或復合添加C、N、P、S、Si、Mn合金,研究在13kmol/m3 HNO3溶液中不純物對鋼的耐晶間腐蝕性的影響。結果表明,單獨添加C、N、P、S到100ppm并不會使鋼的耐晶間腐蝕性下降,復合添加Si和P則會導致耐腐蝕性惡化。對18Cr-14Ni-1Mn-0.5Si鋼而言,如將C、P、S的添加量分別控制到100ppm以下,鋼的耐蝕性顯著提高。
在最近的超純材料技術應用中,了解到理想狀態下不純物允許的濃度范圍,在此基礎上確定出實際材料生產中不純物的濃度目標,以進行鋼材開發。這方面的實驗研究結果已引起關注。

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