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              新聞詳細

              世界不銹鋼的發展

              2019-06-20 15:38

              不銹鋼是金屬材料中的佼佼者,它具有許多優良的性能,如耐蝕性、耐熱性、耐低溫性、好的加工性能等,不銹鋼外觀精美,壽命周期成本價低,可以100%的回收利用,因此在各個工業及民用領域得到了廣泛和大量的使用,是一種非常好的結構和功能材料。

              不銹鋼自上個世紀初問世至今已有90多年的歷史,不銹鋼的發明是世界冶金史上的一項偉大成就,不僅為現代工業的建立、發展和科技進步奠定了物質基礎,而且在民用領域的擴大應用也顯著提高了人們的生活質量。

              追溯歷史,1000多年前,古印度寺院中的鐵柱和中國古代廟宇前的鐵人等,他們長年暴露在大氣下風吹雨淋、陽光曝硒,卻有很強的耐蝕性,這一現象引發了許多學者和專家們的關注。1820~1822年英國學者法拉第(M.Faraday)最早把低合金鋼的生銹問題作為一項課題來研究,可以說他是不銹鋼研究的創始人。

              到20世紀初,歐洲法、英、德等國的學者先后對鋼鐵的不銹性和鈍化理論進行了研究:1906年法國人吉烈特(L.B.Guillet),1909年法國人波特萬(A.M.Portevin),1909年英國人吉森(W.Giesen)分別發表了Fe–Cr和Fe–Cr–Ni合金的冶金學報告,發現了這些合金的耐腐蝕性能。1908~1911年德國人蒙納爾茨(P.Monnartz)和鮑切爾斯(W.Borchers)發現了鈍化現象,并提出了高Cr合金的鈍化理論,這一時期的研究為開發工業用不銹鋼奠定了理論基礎。

              不銹鋼的三大類(馬氏體、鐵素體和奧氏體)是在1912年左右由英國、美國、德國等國家近乎同時研制成功的。1912~1913年英國人布萊利(H.Brearly)開發了含Cr 12%~13%的馬氏體不銹鋼(相當于現在的AISl420);1911~1914年美國人丹齊澤(C.Dantssigen)和懷特西(W.R.Whitsey)開發了含Cr 14%~16%的鐵素體不銹鋼(相當于現在AISI430前期);1912~1914年德國的馬勒(E.Maurer)和斯特勞斯(B.strauss)開發了含C<1%、Cr 15%~40%、Ni<20%的奧氏體不銹鋼(相當于現在AISl304的韌型);1929年德國克虜伯公司的斯特勞斯取得了低碳18–8奧氏體不銹鋼的專利權。與此同時他們為了提高不銹鋼的耐蝕性,又分別加入了Mo、Cu等元素,為了解決18–8鋼的敏化態晶間腐蝕,通過實驗加入了Ti、Nb等穩定元素,此外克虜伯在20世紀40~50年代又開發了節鎳的Cr–Mn–N(200系列)不銹鋼,耐晶間腐蝕的超低碳(C≤0.03%)奧氏體不銹鋼,60年代又開發了C+N≤150ppm的超純鐵素體不銹鋼等,使不銹鋼品種和性能進一步擴大和提高。除以上三大類外,不銹鋼的另外兩種類型,即雙相不銹鋼(即在鋼的固溶組織中為鐵素體+奧氏體雙相,其中次量相≥15%,而現在要求雙相不銹鋼大多是二相比達50:50)和沉淀硬化型不銹鋼(即經過冷熱處理來控制奧氏體的穩定性和基體上的相析出沉淀,從而提高不銹鋼的強度)是在20世紀的30~40年代開發成功的。1927年Bain和Griffiths首先發現了雙相組織,1935年德國Unieux實驗室發現了奧氏體不銹鋼中含有鐵素體時鋼的耐蝕性能會得到明顯改善,從而獲得了奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼的專利。美國于20世紀40年代開發出第一代雙相不銹鋼AlSl329(Cr25Ni5Mo2),70年代和80年代又開發成功第二代(用氮臺金化)和第三代雙相不銹鋼(耐點蝕當量值≥40的超級DSS)。沉淀硬化不銹鋼是1946年首先由美國的史密斯埃塔爾(R.Smithetal)開發成功的,當時他研制成功馬氏體沉淀硬化不銹鋼17–4PH,隨后既具有高強度又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等也相繼開發成功,至此不銹鋼家族中的五大主要鋼類:馬氏體、鐵素體、奧氏體、雙相鋼和沉淀硬化不銹鋼就基本齊全了。

              不銹鋼主要生產技術的進步促進了不銹鋼的快速發展,特別是爐外精煉、連續鑄造和多輥冷軋機的使用,改善了不銹鋼質量,提高了成材率,降低了生產成本。首先是不銹鋼的冶煉技術,1910年開始用坩堝爐小批量熔煉不銹鋼,隨后法國人Heroult發明的電弧爐開始了較大規模的工業生產。進入1940年以后,美國人希爾蒂(D.CHilty)研究了Cr–C溫度平衡,提出了高溫脫碳保鉻理論,從而為研制成功電弧爐追回吹氧法冶煉不銹鋼奠定了基礎。盡管這時可以用不銹鋼廢鋼生產,但成本仍然很高,不銹鋼仍然是一個高價鋼種。進入20世紀60年代后,德國的維頓公司(Witten)和美國的聯臺碳化物公司(Union Carbide)分別研制成功具有革新技術的VOD和AOD精煉法,這使得采用便宜的原料(高碳鉻鐵)冶煉不銹鋼成為可能,并大大提高了鋼的純凈度,顯著降低了不銹鋼的生產成本。目前,AOD和VOD法已成為精練不銹鋼的主流技術,其中AOD法占不銹鋼總產量的68.7%、VOD法占26.3%。其次是連鑄技術。早在1857年,貝塞麥(H.Bessemer)就獲得了連鑄技術的專利,但第一臺不銹鋼連鑄機是出現在1949年美國的阿?勒德隆公可(AL),1954年加拿大阿特拉斯公司(Atlas)建造了世界上第一臺不銹鋼板坯連鑄機,1960年日本新日鐵光廠建造了世界上第一臺寬度超過1m的不銹鋼寬板坯連鑄機,此后不銹鋼的連鑄機技術蓬勃發展,不銹鋼連鑄比已超過95%,成為不銹鋼降低成本、提高成材率的關鍵技術。第三是多輥冷軋機,德國人羅恩(W.Rohn)最初研究了支撐輥10~18根的多輥軋機(后來成為松德維克型20輥軋機,但寬度不夠),1932年由森吉米爾(T.Sendzimir)進一步開發,研制成功了現在的小直徑工柞輥的20輥軋機,由于可以寬幅軋制,所以普及很快.目前己占世界不銹鋼冷軋機的90%。當然除了上述三大技術外,其他如爐卷軋機的開發,連續退火酸洗線的開發,光亮退火技術的開發以及各種檢測和自動化技術的應用都促使不銹鋼的生產規模越來越大,技術水平越來越高。

              以上三大技術的發展與進步,使不銹鋼質量提高、成本降低,由過去每噸幾千美元降到20世紀末的1000多美元。截止到2002年,世界不銹鋼冶煉產量約2300萬噸(包括獨聯體、東歐國家和中國),2002年世界不銹鋼表觀消費量約2000萬噸。1950年,世界不銹鋼產量還不到100萬噸,1990年是1200萬噸??梢姴讳P鋼發展速度之快。

              不銹鋼需求的發展與人們生活水平密切相關,國際不銹鋼發展經驗表明,不銹鋼的消費增長是GDP的1.5~2倍。歷史上是軍工發展帶動了不銹鋼,現在是民用的迅速增長和使用領域的擴大推動了不銹鋼需求的快速發展。如今在我們的生活中從吃飯的餐具開始,到城市景觀、樓房建筑等處處可以看到不銹鋼。由于不銹鋼日常用品中多數使用板材,所以總體需求是以板材為主。

              不銹鋼的生產集中程度越來越高,從當前世界出口不銹鋼的情況可以看出不銹鋼生產主要集中在比利時、德國、日本、中國臺灣省等幾個國家和地區,而板材出口最多的國家又主要集中在幾個大廠,世界排名前10位的廠的產量占世界需求量的80%。

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