高性能奥氏体不锈钢牌号和发展历史

1、引言

奥氏体不锈钢广泛用于从室内装饰材料如墙板、扶手，到化工、电力等腐蚀环境中的管道和容器等各类应用领域。奥氏体不锈钢有许多牌号，标准的牌号如304和316不锈钢在数量上占据着主导地位。而更高合金化的牌号已在各种苛刻应用环境中表现出优良的性价比，它们被称为高性能奥氏体不锈钢(HPASS)。与标准牌号相比，这些不锈钢的铬、钼和氮等合金元素含量较高，从而获得了优异的性能。由于合金元素含量高，高性能奥氏体不锈钢的加工和制造比标准的奥氏体不锈钢牌号更加复杂，工程师、设计师和加工企业需要充分了解这类不锈钢的特性，以便正确地选材和加工制造。本系列文章提供了关于高性能奥氏体不锈钢的基本信息，并与标准不锈钢进行了比较，尤其是加工特性的比较，帮助不锈钢加工企业制造出高性能优质产品。

高性能奥氏体不锈钢在烟气脱硫洗涤塔的应用©Outokumpu

2、奥氏体不锈钢的历史

不锈钢发明于二十世纪初，是英国和德国的一项创举。在随后的半个世纪中，开发了一系列的不锈钢牌号， 它们成功地应用于化工、能源、食品及其它行业。二十世纪七十年代初期，随着钢厂引入新的精炼和铸造技术，不锈钢进入了现代发展阶段。不锈钢研发者和生产商利用这些技术对已有的 标准牌号 进行了改进，同时还开发了性能更优的新牌号，其中包括新型高性能奥氏体不锈钢。

新的炼钢技术包括氩氧脱碳(AOD)和真空吹氧脱碳(VOD)工艺。采用这两种工艺，可以有效地实现超低碳含量、高合金回收率、较好的成分控制特别是氮含量的精准控制。电渣重熔法(ESR)可作为一种替代或补充工艺，更好地控制成分，使显微组织更均匀，夹杂物更少。连铸技术提高了生产效率，进一步降低了生产成本。

炼钢技术的进步降低了标准低碳牌号如304L和316L的生产成本，改善了焊接部件的耐腐蚀性能。第一个采用新技术生产的高性能奥氏体不锈钢牌号是904L(N08904)，是由奥托昆普(Outokumpu)不锈钢公司开发的。904L不锈钢的碳含量非常低，是现有铸造合金的可焊接锻轧牌号，对强还原性酸环境有很高的耐腐蚀性能。1973年，ATI Allegheny Ludlum 公司推出了第一个完全耐海水腐蚀的奥氏体不锈钢牌号AL-6X®(N08366)，其Mo含量为6%，碳含量很低，可用于生产焊接薄板和管材。七十年代中期，氮的使用和控制得到了发展，进一步改进了6%Mo不锈钢的性能，实现了厚断面材料的焊接，并且能够防止有害金属间相(会降低耐点蚀性能)的形成。下表列出了含氮6%Mo不锈钢牌号的UNS编号及相应生产厂的商品名称。

二十世纪九十年代，新兴的能源和环保工业对高性价比、高性能合金材料的需求日益增长，对不锈钢的耐腐蚀性能提出了更高的要求。开发出三个Mo含量约为7%、氮含量相对较高的不锈钢牌号， 它们在腐蚀性含氯水中具有特别高的耐点蚀性能。这组高合金化的不锈钢牌号为S32654、S31266和S31277，其性能与一些高耐蚀性的镍基合金很接近，而成本却低得多。下表给出了7%Mo不锈钢牌号及生产厂的商品名称。

加工制造中的换热器管板©Sandvik

表1列出了一些常见标准300系和200系奥氏体不锈钢的化学成分。高性能奥氏体不锈钢的化学成分见表2。高性能奥氏体不锈钢的铬、镍和钼的含量远高于标准的18Cr-8Ni不锈钢，很多牌号还添加了氮。

表1 常见标准锻轧300系和200系奥氏体不锈钢的化学成分*(重量%)和耐点蚀当量(PREN)**

说明：

* 选自ASTM关于中厚板、薄板和带材的标准规范或企业的数据资料。

** 一般指化学成分最大值，除非标出范围或最小值。EN的化学成分与ASTM的化学成分不完全一致。

*** 根据公式PREN = %Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W)+ 16(%N)计算出的耐点蚀当量及该牌号预期的名义化学成分。

表2 常见的高性能奥氏体不锈钢的化学成分*(重量%)和耐点蚀当量(PREN)**

说明：

* 选自ASTM关于中厚板、薄板和带材的标准规范或企业的数据资料。

** 一般指化学成分最大值，除非标出范围或最小值。EN的化学成分与ASTM的化学成分不完全一致。

*** 根据公式PREN = %Cr + 3.3(%Mo + 0.5%W)+ 16(%N)计算出的耐点蚀当量及该牌号预期的名义化学成分。