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教育部第二批“新工科”课程《钢铁科学与技术前沿》第五讲:不锈钢百年发展历程及先进氮合金化奥氏体不锈钢

发布时间:2022/05/19

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5月7日,由bwin国际,bwin国际娱乐:金属学会和上海大学联合开设的教育部第二批“新工科”课程——《钢铁科学与技术前沿》第五讲开课。本次课程主题为“不锈钢百年发展历程及先进氮合金化奥氏体不锈钢”,由青拓集团研究院院长江来珠主讲。江来珠院长长期从事不锈钢物理冶金、产品开发、制造技术和用户技术研究,先后主持国家十二五科技支撑计划、上海市和福建省重大科技专项。在本次课程中,江来珠院长讲述了不锈钢百年发展历程,并围绕先进氮合金化奥氏体不锈钢开发与应用展开教学。

不锈钢诞生于1912年的英国、法国和德国,在其近百年来的发展历程中,世界各地的研究者们开发出了诸如双相不锈钢、节镍奥氏体不锈钢、超纯铁素体不锈钢等新钢种,我国也在2012年全球首发了RKEF-AOD双联法工艺,并在2018年开发了高氮高强度奥氏体不锈钢。江来珠院长将上述不锈钢工艺流程和品种的演变驱动力归纳于以下三方面,即从性能方面需考虑腐蚀性能和力学性能等,从成本方面需降低合金成本和制造成本,从资源方面需减少稀有资源应用。

据统计,2021年我国不锈钢粗钢产量达到3063万吨,其中铬镍系不锈钢占比近50%,而铬镍系不锈钢中含镍元素占8%以上,合金成本相对较高。然而,我国镍资源极其匮乏,仅占全球镍金属储备3.9%,红土镍矿全部依赖于进口。于此同时,新能源三元电池(镍-钴-锰)年增长率超过10%,进一步加剧了镍资源的紧张局面。因此,江来珠院长指出,镍金属已然成为“卡脖子”资源,在当前铬镍系不锈钢创新研究领域主要分为基于红土镍矿的低能耗冶炼技术的工艺创新和资源节约型品种替代的品种创新。

先进氮合金化奥氏体不锈钢与其他低端产品相比具有较好的耐蚀性,可以达到304不锈钢同等耐腐蚀水平。江来珠院长指出,氮元素可以从以下五个方面来大幅度改善不锈钢的相关性能:以氮代镍,降低合金成本;提高材料强度、硬度;提高耐蚀性;稳定γ相,抑制δ铁素体相的析出;细化碳化物。青拓集团率先在全球研发了QN1803、QN1804、QN1906、QN2109等先进氮合金化奥氏体不锈钢,在铬含量大于18%的基础上降低了25%-60%的镍元素,大幅度降低了合金成本,节约了镍资源。此外,与Cr-Mn系以及美标200系不锈钢相比,先进氮合金化奥氏体不锈钢兼具高强度和高耐蚀性能,PREN值均超过18,屈服强度均超过355MPa。江来珠院长以QN1803钢为例,进一步介绍了QN系不锈钢的耐腐蚀原理。由于在QN系不锈钢中添加了Cu元素,钢材腐蚀试样表面覆盖了一层致密的富Cu膜,从而有效降低了不锈钢的溶解速率,阻碍H+对不锈钢的侵蚀。此外,QN1803不锈钢形变马氏体少,在冷变形后点蚀电位下降幅度显著少于304不锈钢。先进氮合金化奥氏体不锈钢在冲击韧性、高温拉伸性能、焊接性能、切削性能等力学性能方面都有显著优势。目前,青拓集团研发的QN系先进氮合金化奥氏体不锈钢已广泛应用于建筑、家电、电梯、冷藏箱、畜牧设备、装饰焊管和海洋牧场等。

最后,江来珠院长对氮合金化奥氏体不锈钢技术进行了展望。青拓集团近三年开发的304级耐蚀性不锈钢主要有QN1803奥氏体以及S32001经济型双相不锈钢,从点蚀电位和力学性能角度来看,这两种不锈钢都明显优于304不锈钢和433超纯铁素体,适用于高强度结构材料,但是相比起304和316L不锈钢,QN系列不锈钢在冷成型性和冲击韧性尚有所欠缺,江来珠院长希望利用产学研合作平台,通过相关技术创新,解决这两方面的重大难题。


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