聊聊不锈钢的百年发展史

不锈钢从发明到实际工业应用时间跨度约有十年：1904-1906年法国人Guillet首先对Fe-Cr-Ni合金的冶金和力学性能进行了开创性的基础研究；1907-1911年，法国人Portevin和英国人Gissen发现了Fe-Cr和Fe-Cr-Ni合金的耐蚀性并完成了Guillet的研究工作；1908—1911年德国人Monnartz 揭示了钢的耐蚀性原理并提出了钝化的概念，如临界铬含量，碳的作用和钼的影响等。

很快，不锈钢实用价值在欧洲和美国被确认，工业不锈钢牌号也陆续问世：1912～1914年，Brearley发明了含12-13%Cr的马氏体不锈钢并获得专利；1911-1914年，美国人Dant-sizen发明了含14-16%Cr，0.07%～0.15%C的铁素体不锈钢；德国人Maurer和Strauss发明含1.0％C，15-20%Cr，<20%Ni的奥氏体不锈钢，此后，在此基础上发展了著名的18-8型不锈钢(0.1%C-18％Cr-8％Ni)。

实际应用中，高碳奥氏体不锈钢被发现晶间腐蚀问题很严重，之后Bain提出了关于晶间腐蚀贫铬理论，并于30年代初期在18-8型不锈钢的基础上发展了含钛、铌的稳定化型奥氏体不锈钢，即AISl321和AISl347。同时期还发明了铁素体-奥氏体双相不锈钢，并提出了超低碳(C≤0.03%)不锈钢的概念，但限于当时的冶金装备和工艺水平未能应用于工业中。

早在1934年美国人Folog发明了沉淀硬化不锈钢，在40～50年代马氏体、半奥氏体沉淀硬化不锈钢开始用于军事和民用工业。这一系列是以美国钢铁公司(U．S．Steel)成功生产出Stainless W为起点。此外为了节省镍元素发明了以锰代镍的Cr-Ni-Mn-N系不锈钢，即美国的AISl200系钢种。

第二次世界大战后，由于化肥工业和核燃料工业的发展，极大地刺激了不锈钢的发展，并且由于氧气炼钢的出现，1947年超低碳类型不锈钢开始商品化。50年代中期，开发了耐蚀性优良的高性能不锈钢。60年代后期，马氏体时效不锈钢、TRIP(Transformation Induced Plasticity)不锈钢、C+N≤150ppm的高纯铁素体不锈钢相继出现。近二十年来，受各种局部腐蚀破坏事故影响，和化学加工工业不断采用新型催化剂和新工艺，在已有基础上，发展了耐应力腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀、耐腐蚀疲劳等专用不锈钢，如双相不锈钢、高钼不锈钢、高硅不锈钢等。为适应深冲成型和冷墩成型的需要还开发了易成型的专用不锈钢品种。目前，不锈钢钢种系列也在不断完善中。自20世纪60年代末期以来，各种生产不锈钢的精炼设备和连铸设备达产，世界范围内也已完成了用钛稳定化奥氏体不锈钢向低碳、超低碳奥氏体不锈钢过渡，不锈钢生产水平已经迈上一个新台阶。

我国不锈钢工业发展较晚，1952年才开始工业化生产。1949年以后才用电弧炉大量生产不锈钢，此前先生产Cr13型马氏体不锈钢，掌握生产技术后，再大量生产18-8型Cr-Ni奥氏体钢，例如1Cr18Ni9Ti，开始于1952年。随后为发展国内化学工业，又开始生产含Mo2%-3%的1Cr18Ni12Mo2Ti和1Cr18Ni12Mo3Ti等。同时为节省贵重元素镍，自1959年起开始仿制以Mn、N代Ni的1Cr17Mn6Ni5N和1Cr18Mn8Ni5N,1958年向AISI 204钢中加入Mo2%-3%，研制了1Cr18Mn10Ni5Mo3N(204+Mo),用于全循环法尿素生产装置以代替1Cr18Ni12Mo2Ti。

50年代末到60年代初，开始工业试制1Cr17Ti、1Cr17Mo2Ti和1Cr25Mo3Ti等无镍铁素体不锈钢，并开始研究耐发烟硝酸腐蚀的高硅不锈钢1Cr17Ni14Si4ALTi（相当于苏联牌号ЭИ654），此钢种实际上是一种α+γ双相不锈钢。60年代开始，由于国内化工、航天、航空、原子能等工业发展的需要以及采用电炉氧气炼钢技术，一大批新钢种，如17-4PH，17-7PH，PH15-7Mo等沉淀硬化不锈钢，含C≤0.03%的超低碳不锈钢00Cr18Ni10、00Cr18Ni14Mo2、00Cr18Ni14Mo3以及无Ni的Cr-Mn-N不锈钢1Cr18Mn14Mo2N(A4)相继研制成功并投入了生产。70年代起，为解决化工、原子能工业中所出现的18-8型Cr-Ni钢的氯化物应力腐蚀问题，一些α+γCr-Ni双相不锈钢相继研制完成并正式生产和应用，主要钢号有1Cr21Ni5Ti、00Cr26Ni6Ti、00Cr26Ni7Mo2Ti、00Cr18Ni5Mo3Si2(3RE60)和00Cr18Ni6Mo3Si2Nb等。00Cr18Ni6Mo3Si2Nb是为了解决瑞典牌号3RE60焊后易出现单相铁素体组织，导致耐蚀性和韧性下降而发展的含N、Nb的α+γ双相不锈钢。

进入八十年代，研制和仿制了含N的第二代α+γ双相不锈钢来解决氯化物的点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀破坏，如00Cr22Ni5Mo2N、00Cr25Ni6Mo3N和00Cr25Ni7Mo3WCuN等，不但使我国的双相不锈钢体系形成，还深入研究了其组织和性能以及N在双相不锈钢中的作用机制。

七十年代以来，我国不锈钢材料研究工作的其它重要进展有：研制了高强度和超高强度的马氏体时效不锈钢并投入工业试制与应用；采用真空感应炉、真空电子束炉和真空自耗炉冶炼并批量生产了C+N≤150-250ppm的高纯铁素体不锈钢00Cr18Mo2、00Cr26Mo1和00Cr30Mo2；含Mo量≥4.5%的高Mo和高Mo含N的Cr-Ni奥氏体不锈钢，例如研制成功00Cr20Ni25Mo4.5Cu、00Cr18Ni18Mo5（N）、00Cr25Ni25Mo5N等并在化工、石化和海洋开发等领域中获得了应用；在解决浓硝酸腐蚀和固溶态晶间腐蚀方面，研制了00Cr25Ni20Nb和几种超低碳高硅不锈钢。

八十年代以来，超低碳并对钢中磷含量和α相量严加控制的尿素级不锈钢00Cr18Ni14Mo2和00Cr25Ni22Mo2N两种牌号研制完成，它们的板、管、棒材、锻件以及焊接材料均应用在大中型尿素工业中，且结果令人满意；由于一些特殊钢厂陆续建成冶炼不锈钢的炉外精炼设备，例如AOD（氩氧精炼炉）、VOD（真空氧精炼炉）等并已投产，使得我国不锈钢的冶炼技术上了一个新台阶。它不仅使低碳、超低碳不锈钢的生产变得轻而易举，而且使不锈钢实现了显著的降本增效。由于含Ti的18-8型Cr-Ni奥氏体钢存在一系列缺点，美、日等工业先进国家早在60年代便已经实现了由含Ti不锈钢到普遍采用低碳、超低碳不锈钢的过渡，而我国是在1985—1990年间才大力进行低碳、超低碳不锈钢的开发、生产与应用，进展喜人，例如1988年底我国低碳、超低碳18-8型不锈钢产量已占我国不锈钢产量的10%左右。但与不锈钢生产、应用的先进国家相比（例如日、美等国含Ti的18-8型Cr-Ni钢仅占不锈钢产量的1.5%左右），差距仍然较大。八十年代，我国进行了控氮（N 0.05%—0.10%）和氮合金化（N>0.10%）Cr-Ni奥氏体不锈钢的研制工作。试验表明，N在Cr-Ni奥氏体不锈钢和双相不锈钢中是一种惠而不费的合金元素。N元素的强化作用，能降低不锈钢的晶间腐蚀敏感性，改善不锈钢的耐蚀性，特别是改善不锈钢的耐点蚀等方面的机理。