奧氏體不銹鋼

奧氏體不銹鋼（AusteniticStainlessSteel）是使用狀態基體組織為穩定奧氏體的不銹鋼。具有很高的耐蝕性，良好的冷加工性和良好的韌性、塑性、焊接性和無磁性，但一般強度較低。奧氏體不銹鋼含鉻大于18%，含鎳[niè]8%左右及少量鉬、鈦、氮等元素，習慣上稱為18-8型不銹鋼，常用的奧氏體不銹鋼有12Cr18Ni9、06Cr19Ni10等型號。由于奧氏體不銹鋼含有多種重金屬合金元素，不合格的奧氏體不銹鋼制品有可能危害人體健康。

1904~1906年法國吉耶（L.B.Guillet）、1907~1909年英國吉森（W.Giesen）、1909~1911年法國波特萬（A.M.Portevin）分別發現了Fe-Cr和Fe-Cr-Ni合金的耐腐蝕性能；1908~1911年德國蒙納爾茨（P.Monnartz）提出了不銹鋼和鈍化理論的許多觀點。1912~1914年德國毛雷爾（E.Maurer）和施特勞斯（B.Strauss）開發了C＜1%，Cr含量在15%~40%，Ni＜20%的奧氏體不銹鋼；1929年施特勞斯取得了低碳18-8不銹鋼的專利權；1931年德國的霍德魯特（E.Houdreuot）發明了含Ti的18-8不銹鋼；1946年美國史密斯埃塔爾（R.Smithetal）研制了馬氏體沉淀硬化型不銹鋼，相繼開發了具有高強度可進行冷加工成形的半奧氏體沉淀硬化不銹鋼17-7PH和PH15-7Mo。1948年，美國阿姆科公司（ArmcoSteel）成功開發17-4PH及半奧氏體沉淀硬化不銹鋼17-7PH、PH15-7Mo等。1951年，美國阿勒根尼?路德姆公司開發出201、201L以錳代鎳奧氏體不銹鋼。1959年，德國標準化學會（DIN）建立了一套鋼鐵材料五位數編號系統，1.40××-1.46××數字系列表示不銹鋼，1.47××-1.49××數字系列表示耐熱鋼和高溫材料。以化學符號和表示元素百分比的數字命名合金。歐洲、國際標準化組織、俄羅斯、中國等采用了這種命名方法。1968年，世界首座氬[yà]氧精煉法（ArgonOxygenDecarburization，AOD）精煉爐在美國Joslyn制造與供應公司的印第安納州韋恩保廠建成。20世紀70年代初期完成了鈦穩定化奧氏體不銹鋼向低碳和超低碳不銹鋼的過渡。1977年，南非米德爾堡鋼與合金公司成功煉出3Cr12鐵素體-馬氏體不銹鋼。20世紀80年代提出了超級奧氏體不銹鋼的概念，1984年韓國申請了SR50A（S32050）的專利，S32050含有較高的鉻、氮含量，具有優異的耐蝕性和高于常規奧氏體不銹鋼的強度。1988年芬蘭Qutokumpu公司研發出S34565，通過提高錳含量來提高氮的溶解度，提高了奧氏體不銹鋼的耐蝕性同時又降低了價格。1994年法國使用鎢取代部分鉬[mù]研發了S31266超級奧氏體不銹鋼，降低了金屬間化合物析出的風險。1996年，國際不銹鋼論壇（ISSF）成立。2000年美國特種金屬公司開發了一種新型超級奧氏體不銹鋼S31277。1995年—2010年，波斯灣AlShaheen海上油田使用408噸254SMO超級奧氏體不銹鋼管道。2020年Sandvik研發出N08935超級奧氏體不銹鋼新鋼種，可以適用于腐蝕性環境和海水環境。

奧氏體不銹鋼廣泛應用于日常生活領域，如S304（06Cr19Ni10）或S316（06Cr17Ni12Mo2）系列奧氏體不銹鋼用于保溫杯內膽；S304系列奧氏體不銹鋼用于800℃以下經受弱介質腐蝕和承受負荷的零件，如炊具、餐具等；奧氏體節鎳鋼主要用于制造旅館裝備、廚房用具、冰箱，餐具，水池、桌面，爐子，交通工具等。

奧氏體不銹鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性和耐蝕性能，在氧化性和還原性介質中耐蝕性均較好，廣泛應用于機械、航空、化工等領域，可以制造出高強度、高耐磨、耐蝕的機械零件、工具等。超低碳奧氏體不銹鋼適用于制造厚截面尺寸的焊接部件和設備，如石油化工、化肥、造紙、印染及原子能工業用設備的耐蝕材料。鈮[ní]穩定化的奧氏體不銹鋼在酸、堿、鹽等腐蝕介質中的耐蝕性高，且焊接性好，即可作為耐蝕材料又可作為耐熱鋼使用，主要用于火電廠、石油化工等領域，如制作容器、管道、熱交換器、軸類等。鉻鎳奧氏體不銹鋼主要用于水閘、角鋼、隧道、水槽、螺絲、非磁性閥簧、非磁性軸等部件；含有鉻、鉬的奧氏體不銹鋼多用于海水環境、化工廠排煙脫硫裝置、廢液處理裝置、污泥處理裝置水泥廠煙筒、煙道內襯等高溫腐蝕性環境。鉻錳奧氏體不銹鋼主要用于石油鉆探鉆桿非磁性套環、管道等。高鉬奧氏體不銹鋼主要用于處理含氯離子溶液的熱交換器、醋酸設備、磷酸設備、漂白裝置等。

奧氏體型耐熱鋼可用作熱強鋼和抗氧化鋼，典型不銹鋼牌號有06Cr18Ni11Ti、06Cr25Ni20、16Cr23Ni13、06Cr19Ni10、26Cr18Mn12Si2N等，使用溫度為600~1000°C。作為熱強鋼，用于汽車發動機氣閥、蒸汽過熱器、動力裝置管路、燃氣輪機葉片等；作為抗氣化鋼，用于熱處理爐構件，如滲碳爐罐、傳送帶、爐底板、料盤、爐管等。亞穩定奧氏體不銹鋼經冷加工有高的強度和硬度，且保留足夠的韌塑性，大氣條件下有較好的耐蝕性，主要用于冷加工狀態承受較高負荷，有希望減輕裝備重量和不生銹的設備和部件，如鐵道車輛、裝飾板、傳動帶、緊固件等。鉻錳奧氏體不銹鋼主要用于發電子轉子護環、汽車發動機排氣閥等。

耐蝕性奧氏體不銹鋼廣泛應用于食品工業及裝備，如擠奶機，儲罐，運輸罐，管道，閥門，牛奶車等。

奧氏體不銹鋼良好的加工性能和耐蝕性，以及相對較低的價格，廣泛用于人體植入醫療用材、人工關節、斷裂固定釘板系統、外科輔助器械、血管支架等。

奧氏體不銹鋼顯微組織為奧氏體、晶體結構為面心立方。鐵、鉻、鎳是奧氏體不銹鋼的三大基礎元素，除主要合金元素鉻、鎳外，還需加入為滿足其他性能要求的元素，如為提高耐蝕性加入的鉬、銅、硅、釩等；為節約鎳加入的錳、氮等；為改善晶間腐蝕性能而加入的鈦、鈮等。同時生產中不可避免帶入或工藝要求加入的元素，如碳、氮、硅、錳以及硫、磷等。其中影響奧氏體組織的元素有碳、氮、鎳、錳、鈷、銅等，一般以鎳當量衡量合金元素形成奧氏體組織的能力總和，鎳當量=%Ni+%Co+30%(C+N)+0.5%Mn+0.3%Cu，各元素前的數字為該元素形成奧氏體的能力相當于鎳形成奧氏體能力的倍數。

奧氏體金相組織

按照奧氏體化元素的不同，奧氏體不銹鋼可分為鉻鎳不銹鋼和鉻錳不銹鋼兩大系列。鉻鎳不銹鋼以鎳為主要奧氏體元素，是奧氏體不銹鋼的主體，這個系列的不銹鋼具有優秀的耐腐蝕性能和良好的綜合力學性能、工藝性能及可焊接性能，但強度和硬度低，不宜在承受較重負荷及對硬度和耐磨性有較高要求的設備和部件上使用，代表性牌號如06Cr19Ni10、06C18Ni11Ti、022Cr19Ni10N、06Cr18Ni12Mo2Cu2等。鉻錳不銹鋼的奧氏體化元素除錳外，還有氮及適量鎳，鋼中錳起穩定奧氏體的作用。氮可穩定奧氏體，且有很好的固溶強化作用，提高了奧氏體不銹鋼的強度，因此這個系列不銹鋼適宜在承受較重負荷而耐蝕性要求不太高的設備和部件上使用，代表性牌號有12Cr18Mn9Ni5N、20Cr15Mn15Ni2N等。奧氏體不銹鋼代表性牌號如下表所示。

奧氏體不銹鋼牌號

碳在奧氏體不銹鋼中是強烈形成并穩定奧氏體且擴大奧氏體區的元素，其形成奧氏體的能力約為鎳的30倍，碳是一種間隙元素，通過固溶強化提高奧氏體不銹鋼強度。但碳在不銹鋼的作用具有兩重性，碳含量過多，形成碳化鉻多，固溶體中含鉻量下降，鋼的耐腐蝕性能降低，總體來說，工業用奧氏體不銹鋼中的含碳量都是比較低的，大多數在0.1~0.4%之間。

鉻能顯著提高不銹鋼的高溫抗氧化性、抗硫化性以及高溫強度。鉻與不銹鋼中的碳形成碳化物，降低鋼的耐蝕性引起晶間腐蝕，但當碳量一定時，隨著鋼中鉻量增加，晶間腐蝕敏感性下降。

鎳是奧氏體不銹鋼中僅次于鉻的重要合金元素，為了耐還原性酸和堿介質的腐蝕，必須向鋼中加入鎳，鎳可以促進不銹鋼鈍化膜穩定性，提高不銹鋼的熱力學穩定性。鉻鎳共存可顯著強化不銹鋼耐蝕性。且鎳對不銹鋼高溫抗氧化性有益，但對高溫抗硫化性有害。

一般的奧氏體不銹鋼僅用于要求不銹性和耐氧化性介質的使用條件下，鉬作為奧氏體不銹鋼中的重要合金元素加入，使其使用范圍進一步擴大。鉬的作用主要是提高鋼在還原性介質的耐蝕性并提高鋼的耐點蝕及縫隙腐蝕性能。鉬對奧氏體不銹鋼的強化作用不顯著，但隨著鉬含量的增加，鋼的高溫強度提高。鉬作為合金元素對奧氏體不銹鋼耐還原性介質、耐點蝕及縫隙腐蝕機理尚不清楚。

氮是不銹鋼中應用的xxx一種氣態合金元素，生產中加入方便，價格低廉，有益作用顯著，副作用較少，是不銹鋼中非常有發展前途的重要合金元素。氮通過固溶強化可顯著提高奧氏體不銹鋼的室溫和高溫強度；可以顯著提高奧氏體不銹鋼耐氧化性酸、還原性酸介質的全面腐蝕性能；鋼中含氮量超過0.12%~0.15%時，奧氏體不銹鋼的冷、熱加工性和冷成型性將下降。

當硅含量≤0.8%或≤1.0%時，降低鉻鎳奧氏體不銹鋼的耐蝕性并顯著提高鋼的固溶態晶間腐蝕敏感性；當鋼中硅量極低時，鉻鎳奧氏體不銹鋼耐硝酸腐蝕性能顯著提高，耐固溶態晶間腐蝕的性能優良。加入適量硅可使不銹鋼具有優異的耐高溫、高濃度硝酸和硫酸腐蝕的性能，同時可顯著提高不銹鋼的高溫抗氧化性。

奧氏體不銹鋼含有較高的鉻?形成致密的氧化膜?所以具有良好的耐蝕性。當含鉻18％?含鎳8％時?獲得單一的奧氏體組織?，故奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性、塑性、高溫性能和焊接性能。除此之外，奧氏體不銹鋼鍛造性能、鑄造性能及切削性能等有其固有特點。

奧氏體不銹鋼的鑄造性能比馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼好。鉻鎳奧氏體不銹鋼的鑄造收縮率一般為2.0~2.5％；含鉬奧氏體不銹鋼的鑄造收縮率一般約為2.8％左右；含鈦奧氏體不銹鋼?其鑄造性能比不含鈦者要差?易使鑄件產生夾雜、?冷隔等鑄造缺陷。含氮奧氏體不銹鋼鑄造時氣孔敏感性較大?在冶煉、鑄造工藝上都必須采取防護措施?嚴格烘烤爐料?采用干型?并嚴格控制出鋼溫度和澆注溫度等。合金元素（如鉻、鎳、鉬、銅等）含量高的奧氏體不銹鋼在鑄造時?鑄件易產生裂紋?嚴重者甚至出現開裂，因此?在鑄造、冶煉工藝上須采取特別的措施。

奧氏體不銹鋼鍛造比較復雜?尤其是合金元素（特別是鉬或硅元素）含量高的奧氏體不銹鋼更為復雜。因其熱導率低、膨脹系數大?，鍛造加熱時需緩慢進行?否則工件內外溫差大?會產生裂紋。此外奧氏體不銹鋼加工硬化效應大，?鍛造時形變阻力很大?使鍛造困難。一般情況下?奧氏體不銹鋼所采用的鍛造工藝是：始鍛溫度1150～1200℃?，終鍛溫度為825～950℃。對含鉬或硅較高的奧氏體不銹鋼?其鍛造的最高溫度不應超過1150℃，?終鍛溫度不能低于925℃。

耐腐蝕性包括不銹性和耐酸、堿、鹽等腐蝕介質的性能及高溫下抗氧化、氯化等性能。現代奧氏體不銹鋼碳含量一般不高于0.03%，以解決敏化態晶間腐蝕和提高鋼的耐蝕性。奧氏體不銹鋼中含有的大量鎳、鉻等合金元素可以使其保持穩定的奧氏體組織，在高溫、室溫下的氧化性或還原性介質中均具有良好的耐腐蝕性，并通過冷作加工或固溶處理提高強度，用來制備耐酸設備、耐蝕容器及腐蝕環境下的設備零件等。

奧氏體不銹鋼的切削性能較差?切削加工時?加工硬化傾向大?即使不太大的變形也會引起金屬強烈硬化。此外?由于這類鋼韌性高?切削加工時易產生粘刀現象以及形成長切屑?使加工條件變壞。因此加工這類鋼需采用小的進刀量。

奧氏體不銹鋼與其它各類不銹鋼相比?有著較好的焊接性能?，對氫脆也不敏感?可用各種焊接方法順利地對工件進行焊接或補焊。奧氏體不銹鋼在焊接工藝上應注意焊縫金屬的熱裂紋，采用雙相組織焊縫；嚴格控制有害雜質硫、磷的含量；采用堿性焊條、小電流、快速焊?等可防止產生熱裂紋。

不銹鋼生產分為煉鋼（冶煉和澆鑄）和加工（開坯、熱軋、冷軋等）兩個階段，冶煉和澆鑄屬于生產的前部工序，決定鋼種的化學成分，加工是根據具體需要將煉好的不銹鋼制成相應產品、形狀等。不銹鋼生產為蟬蛹三聯（三步）法。煉鋼方法有：電弧爐（EF）單煉法；AOD（ArgonOxygenDecarburization，氬氧精煉法）法；VOD（VaccumOxygenDecarburization，真空吹氧脫碳法）法；RH-OB法；轉爐頂底復合吹煉法，其中AOD法和VOD法占主導地位。澆鑄方法主要由模鑄和連鑄兩種，1960年以前大部分采用模鑄，60年代之后大規模普及連鑄技術，1985年全世界不銹鋼連鑄比達到70%以上。

AOD法是由美國的聯合碳化物公司與Josly公司合作于1968年發明的。生產過程如下：先在電爐中熔化原料鋼水，鋼水成分和

AOD法

溫度滿足進入AOD爐精煉要求后將原料鋼水加入AOD爐，通過吹入氬—氧混合氣體，提高鋼的潔凈度，將高鉻鋼液在溫度不太高的情況下降碳保鉻。隨著吹煉過程，調整混合氣體中氬氧比以控制鉻和碳的選擇性氧化，從而利用便宜的高碳鉻原料來生產低碳不銹鋼的精煉技術。

VOD法是1967年由西德維騰特殊鋼廠（Edel-StahlwerkWitten）和標準邁索公司(StandardMesso)發明的。其生產過程如下：先

VOD法

在初煉爐（電爐或轉爐）中調整好除碳、硅以外的成分，出鋼到包內并將鋼包移入真空罐中保持，將真空罐抽氣到一定真空度后，從上方向包內鋼液吹入氧氣降碳，同時由包底吹入氬氣攪拌鋼液。

奧氏體不銹鋼基體組織為奧氏體，在加熱和冷卻過程中不發生馬氏體相變，沒有淬[cuì]硬性。奧氏體熱處理的目的是提高耐蝕性、強度、韌性，消除第二相帶來的不利影響，消除應力，或使已經加工硬化的材料得到軟化。具體處理方式包括固溶強化、安定化處理及去應力退火等。

奧氏體不銹鋼通常情況下不會對人體有害，但如果使用生產不標準的奧氏體不銹鋼制品或使用方式不當，可能就會導致重金屬堆積，影響人體健康。對于過敏體質的人群而言，由于奧氏體不銹鋼材質特殊，可能會產生不良反應。