铬锰系(200-系)奥氏体不锈钢现状、发展与前景

1铬锰系（200系）奥氏体不锈钢现状、发展与前景杨长强中国特殊钢企业协会不锈钢分会锰是不锈钢生产的重要合金元素，在CrNi系不锈钢生产中作为脱氧元素，一般加入1.5%Mn，在Cr-Mn-Ni-N、Cr-Mn-N系不锈钢中作为重要的合金化元素，一般加入6~20%。铬系不锈钢研发始于1912年，Cr-Ni奥氏体不锈钢研发始于1913年，Cr-Mn-Ni-N不锈钢于1926年在德国首先开始研制，美国后来由于同样的原因，即战争导致镍短缺，开始以锰、氮代镍的不锈钢研究，至40年代便取得了显著成果。1955年美国钢铁协会（AISI）就将低Ni-CrMnN不锈钢AIASI201、AISI202纳入标准。1972年日本将它们（SUS201、SUS202）纳入JIS标准，苏联1972年将12Х17Г9АН4（相当AISI202）纳入标准。中国1975年将1Cr17Mn6Ni5N（相当201）和1Cr18Mn8Ni5N（相当202）纳入国标（GB）。研究发现CrMn系不锈钢有很多不可多得的特性，如○,1固溶处理后高的强度，○,2冷加工高的硬化率，高的强化系数，○,3无磁性（冷加工状态下极低的导磁率），○,4优良的耐磨性，○,5较小的晶间腐蚀倾向。所以CrMn系不断得到改良和创新，不断开发出一系列新钢种，这就形成CrMnN不锈钢与AISI300（CrNi系）并列的AISI200（CrMn系）不锈钢。2002年美国ASTM不锈钢标准中CrNi300系有77个标准牌号，CrMn200系有22个牌号，如加上企业牌号将超过30个。中国特殊钢企业协会2003年12月发布《Cr-Mn系不锈钢厚板、薄板和钢带技术规范》中纳入16个牌号。CrMn系不锈钢已不完全是节镍概念上的钢种，而是发展一系列具有CrMn系不锈钢特有优异性能的材料。2003年全世界CrMn系不锈钢产量达到不锈钢总量的7.5%，2004年产量占世界不锈钢总产量的9%，已达230万吨，2007年中国CrMn系不锈钢产量为117.8万吨，占中国不锈钢总产量的16.35%。CrMn系不锈钢市场扩大，中心已转移到印度和中国。一、200系不锈钢的概况1、钢种和化学成分200系早期开发是以锰、氮代镍，代替18-8型铬镍奥氏体不锈钢。18-8型Cr-Ni不锈钢301、302、304（包括321）占不锈钢总产量50%以上。这些钢种耐蚀性、机械性能、高低温性能、工艺性能、装饰性等综合性能极佳，广泛应用于民用到军用的各领域，民用的建筑装2饰。家用电器，厨房设备和器皿，交通运输，环境保护，市政建设；军工的航空，航天，核工业，舰船；工业领域的化工、化肥，石油，纺织，印刷，造纸，能源。表1列出了AISI200系列标准含锰奥氏体不锈钢。早期研究了节镍耐蚀的201，202，204，205，206也就是相对应Cr-Ni系的301，302，304，305，316。接着研制211，将低碳氮、加Mn、Cu的钢种，用表1铬锰系（200系）奥氏体不锈钢的化学成分钢号元素UNSASTMAISICCrMnNiMoSiPSN其他S20100201201≤0.1516.00/18.005.50/7.503.50/5.50≤1.00≤0.060≤0.030≤0.25S20103201L201L≤0.0316.00/18.005.50/7.503.50/5.50≤0.75≤0.045≤0.030≤0.25S20153201LNT201LN≤0.0316.00/17.506.40/7.504.00/5.00≤0.75≤0.045≤0.0150.10/0.25Cu≤1.00S20161≤0.1515.00/18.004.00/6.004.00/6.003.00/4.00≤0.040≤0.0400.08/0.20S20200202202≤0.1517.00/19.007.50/10.004.00/6.00≤1.00≤0.060≤0.030≤0.25S20300XM-1203EZ≤0.0816.00/18.005.00/6.505.00/6.00≤0.5≤1.00≤0.0400.18/0.35-Cu0.75/2.25204≤0.0817.00/19.007.50/10.004.00/6.00-≤1.00≤0.045≤0.030≤0.25204L≤0.0317.00/19.007.50/10.005.00/7.00-≤1.00≤0.045≤0.030≤0.25S20400≤0.0315.00/17.007.00/9.001.50/3.00≤1.00≤0.040≤0.0300.15/0.20S20430≤0.1515.50/17.506.50/9.001.50/3.00≤1.00≤0.060≤0.0300.05/0.25Cu2.00/4.00S205002052050.12/0.2516.50/18.0014.00/15.501.00/1.75≤1.00≤0.060≤0.0300.32/0.42Nb0.10/0.30S20910XM-19≤0.0620.50/23.504.00/6.0011.50/13.501.50/3.00≤1.00≤0.040≤0.0300.20/0.40V0.10/0.30S21400XM-31≤0.1217.00/18.5014.50/16.00≤1.000.30/1.00≤0.045≤0.030≤0.35S215000.06/0.1514.00/16.005.50/7.509.00/11.000.80/1.200.20/1.20≤0.040≤0.0300.25/0.50Nb0.75/1.25V0.15/0.40B0.003/0.009S21600XM-17216≤0.0817.50/22.007.50/9.005.00/7.002.00/3.00≤0.75≤0.045≤0.0300.25/0.50S21603XM-18216L≤0.0317.50/22.007.50/9.005.00/7.00≤0.75≤0.045≤0.0300.25/0.50S21800≤0.1016.00/18.007.00/9.008.00/9.003.50/4.50≤0.040≤0.0300.08/0.18S21900XM-10≤0.0819.00/21.008.00/10.005.50/7.50≤1.00≤0.060≤0.0300.15/0.40S21904XM-11≤0.0419.00/21.508.00/10.005.50/7.50≤1.00≤0.060≤0.0300.20/0.40S24000XM-29≤0.0817.00/19.0011.50/14.502.25/3.75≤1.00≤0.060≤0.0300.20/0.40S24100XM-28≤0.1516.50/19.5011.00/14.002.25/3.75≤1.00≤0.060≤0.0300.20/0.45S28200≤0.1517.00/19.0017.00/19.00-0.50/1.25≤1.00≤0.045≤0.0300.40/0.60Cu0.75/1.25211≤0.0716.00/17.005.50/6.505.00/6.000.20/0.70≤0.040≤0.030-Cu1.50/2.00S21460XM-14≤0.117.0014.005.00≤≤≤0.3532/19.00/16.00/6.000.750.0600.030/0.50于冷加工。201L、201LN等是201的改进，解决晶间应力腐蚀问题。用作汽车、火车、地铁车厢相应构件。后来陆续发展了高强度耐蚀不锈钢S21400（XM-31）,S24000（XM-29，Nitronic33），S28200（Carpenter18-18plus），S21900（XM-11，Nitronic40），S20910（XM-19，Nitronic50）及YUS120等。XM-31、XM-11用于航空，低温系统，无磁部件。XM-11、XM-19等具有优于316的耐蚀性，用于泵、阀、紧固件、海洋用材，热交换器，弹簧等。1990年新的AISI203（XM-1，Cr17Ni5.5Mo0.25Cu2S0.25）易切削钢，AMCO公司发展S20161（Nitronic60，Cr17Ni8.5Mn8.5Si4N耐磨自润滑不锈钢也列入标准。进一步开发一些无磁高强度CrMnNiN钢。表2列出Mn、N带Ni高强度无磁不锈钢。YUS130（C0.2Cr21Ni6Mn9N0.3）是比较高Cr、高N的材料，SUS205，NASNM15，NTKS-4等几乎是完全用Mn、N代替Ni的Cr17Mn15N0.35钢。NASNM15M为获得较好耐蚀性降低C保持一定Ni量。由于这些钢种Mn含量都在10%以上，大大增加钢中N的溶解度，因此N含量都在0.3~0.4%，固溶处理后可得到完全奥氏体组织而且十分稳定，冷作后可得到无磁高的强度。表2无磁CrMn系奥氏体不锈钢的化学成分钢号CCrMnNiSiPSNAISI2050.12/0.2516.50/18.0014.00/15.501.00/1.55≤0.5≤0.030≤0.0300.32/0.50NASNM150.12/0.2516.00/18.0014.00/16.001.10/2.00≤0.75≤0.045≤0.0450.32/0.40NTKS-4≤0.2516.00/18.0014.00/16.001.00/2.00≤1.00≤0.060≤0.030≤0.50NASNM15M0.040/0.09016.50/17.5014.00/15.004.00/4.60≤0.90≤0.045≤0.0450.30/0.35YUS120≤0.2020.00/22.009.00/10.005.00/6.00≤1.00≤0.030≤0.0300.15/0.302、物理性能和机械性能表3列出201、202和205与对应的300系钢固溶处理状态下的物理性能，从这表可看出200系和300系物理性能没有多大差别，几乎是相当的。但是冷加工后的透磁率的变化不同，由于冷作时诱变马氏体程度不同，透磁率上升200系比300系小（图1）。表3201、202、205和301、302、305的物理性能性能201202205301302305密度（g/cm3）7.937.927.807.937.937.93弹性系数（103N/mm2）1971971971931931930~100℃15.717.0-17.017.217.3线膨胀系数（10-6/℃）0~315℃17.518.417.917.217.817.9比电阻（10-8Ω·m）696972727272比热（J/kg·℃），0~100℃503503503503503-热传导率（w/m·℃）,100℃16.316.320.916.316.316.3磁性无无无无无无402.557.51012.51517.50102030405060冷加工率透磁率3012012023022004006008001000120014000204060冷轧压下量,%抗拉强度,屈服强度,MPa-101030507090110130延伸率,%301201202302301201301202201302202302表4指出固溶处理状态下的机械性能，大部分200系钢中，由于含较多氮，有着比300系高的屈服强度。只有211由于低C、N，有着较低的屈服强度。包括211，S28200（18-18plus），YUS120等含Cu钢都有较高延伸率，优异冷加工性。表4CrMn系（200系）奥氏体不锈钢的机械性能钢号UNSASTM抗张强度MPa屈服强度MPa延伸率%硬度HRBS201002018053775690S202002027203775590S20400204L7113845190S2043020468134751982116082156492S21600XM-177414255194S21603XM-186863774790S21400XM-