高品质不锈钢的应用范文

《新材料产业杂志》2014年第八期

一、功能性不锈钢

从20世纪60年代开始，世界各国新科学技术和制造水平得到了迅速发展，导致了对不锈钢的需求增多，对不锈钢的品种要求更高，对质量也提出了一系列新的要求。伴随着生产技术的发展，不锈钢生产企业根据市场的需求在产品上不断推陈出新，一大批具有特殊用途和特殊功能的不锈钢品种陆续涌现。（1）含N不锈钢在不锈钢中添加一定比例的N元素，可以大幅度提高不锈钢的性能。添加N元素之后可以增强奥氏体的稳定性，在其他性能不受影响的基础上大幅提高钢的强度和硬度，减少了不锈钢中昂贵特殊元素的使用量，从而降低了生产成本。N元素可以跟不锈钢中的一些添加元素相互作用，发生化学反应，形成一定数量的N化物，在一定程度上增强了不锈钢的强度。通常来说，一种不锈钢如果对点腐蚀有良好的抵抗作用，那么对缝隙也会有极强的抗腐蚀能力。增加一定量的N可以弥补不锈钢中稀有元素不足造成的抗腐蚀性能下降的问题，N含量高的不锈钢一般很少发生均匀腐蚀问题，同时局部腐蚀的现象也逐渐减少。进入21世纪，氩氧精炼等一系列的精炼技术得到了快速发展，也得到了大范围的推广和应用，伴随着技术的发展，可以精确地对不锈钢中的N含量进行控制，通过控制N元素加入量的多少来增强不锈钢的强度。通过对不锈钢的成分进行调节，运用一系列先进的精炼技术等环节，可以更加合理控制不锈钢中N元素的含量，研制出性能优异的不锈钢材料。例如，现阶段在高锰不锈钢中的N含量最高，可以达到1.3%，主要采用AOD（argonoxygendecarburization，AOD，氩氧脱碳法）冶炼方法实现；将普通不锈钢中的N元素的含量提高到2.3%，主要采用加压等效串联电阻（ESR）方法实现。（2）医用无镍（Ni）奥氏体不锈钢在医疗器械领域，手术植入时往往需要一些特殊的不锈钢材料。目前，医疗器械领域需要的不锈钢种类主要有铬/Ni奥氏体不锈钢，此类不锈钢有比较好的生物相容性，但成本较高。因为大多数的不锈钢需要含有16%～19%的Ni才能使用。因此，也可以说Ni元素是奥氏体不锈钢中一种不可或缺和极其重要的元素。但是，含Ni的不锈钢有严重的危害性，在一定程度上具有致癌的危险。这类材料如果在人体内长期使用，不锈钢的保护层会逐渐被破坏，其中的Ni离子会不断被释放出来，当Ni离子发生富集现象时，就会对细胞造成破坏，或引发细胞发炎等问题。近期，中国科学院金属研究所制出新型的无Ni奥氏体不锈钢，主要原理是：在不锈钢中加入一定数量的N和锰元素，这样就可以使不锈钢保持简单的结构。在生产工艺上，应用真空的感应熔炼设备，可以有效控制氮化物的形成，冶炼出来的无Ni高N不锈钢质量较高。（3）抗菌不锈钢在现代社会中，人们不仅满足于温饱问题，而且更加重视身体的健康问题和环境问题，这也在一定程度上对抗菌材料的研发起到了推动作用。这方面，日本走在了世界的前列。1990年以来，日本的多家公司研制出了新型的抗菌不锈钢产品，主要含有铜（Cu）、钼（Mo）元素。通过在抗菌不锈钢中添加0.66%～1.5%的Cu，采用先进工艺，使Cu元素析出到产品表面以达到抗菌的目的。在此基础上，不仅开发了高级厨房用具等一系列产品，还满足了其他产品对于抗菌性能的要求。例如，在抗菌不锈钢中加入适量的银元素使之具有比较好的抗菌效果，尤其是对大肠杆菌有良好的效果，即使使用一段时间后的产品表面受到磨损，其抗菌效果仍然不会发生变化。

二、国内外高品质不锈钢的发展现状

高品质不锈钢不仅对一个国家重型装备制造业的发展起到了至关重要的作用，也是促进一个国家重点工程建设的重要材料，是一种技术含量比较高的钢铁产品。目前，我国的钢铁产量居于世界首位，是钢铁生产大国，但距离“钢铁强国”的目标还有很长的路要走。我国生产的低品质钢铁数量较大，高品质钢的产量远不能跟发达国家相比较。发展高性能的特钢产品对于提高现代国防安全，建设高速铁路以及研制先进、新型武器装备有着不可替代的作用。特别是在当今我国装备制造业产业升级的过程中，高品质不锈钢的需求会越来越大。1.国际高品质不锈钢产业发展现状目前，全球高品质不锈钢的年产量约9500万t，约占不锈钢总量的9%左右。世界高品质不锈钢生产国主要是西欧、美国、日本等发达国家和地区，其高品质不锈钢年产量约占世界总产量的75%。在生产高品质不锈钢的国家中，瑞典的产量最高，约占一半左右，其次为德国占25%，日本占18%，意大利占16%，韩国占11%，中国仅占3%。一些国家在某个领域的特殊钢品种占据领先地位，高品质不锈钢研制水平比较高的国家是瑞典和德国。例如，瑞典的高品质不锈钢在世界不锈钢产量中的比例最高，瑞典生产的轴承钢、工模具钢在国际上占据着重要的地位；另外，法国的不锈钢以及美国的高温合金的研制处于世界领先水平。2.国内高品质不锈钢产业发展现状从20世纪50年代至今，我国高品质不锈钢行业取得了许多成果，尤其在改革开放之后，取得了不菲的成绩。现阶段，我国高品质不锈钢行业发展得比较完备，技术也比较先进。我国从事高品质不锈钢研发和生产的企业主要有3类，即国有企业、民营企业、中小型企业。其中，国营的东北钢铁集团和宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司是我国实力雄厚的高品质不锈钢生产企业，具有技术和资金优势，已经基本形成产业链；民营的中信钢铁有限公司的市场主要面向中低层不锈钢用户，同时以自身的资金为后盾来提高公司的经济效益。通常来说，国营企业的优势在于不锈钢产品深加工领域，民营企业的优势在于低成本竞争。现阶段，我国高品质不锈钢行业有了长足的发展，但是还落后于发达国家。具体表现为，高品质不锈钢毛坯的质量达不到要求，导致了严重的浪费，钢材的性能较差。目前，世界上高品质不锈钢的生产流程主要是转炉冶炼，必须要充分利用国内现有装备，同时进行适当改造，加强对产品质量的控制，发展先进的高品质不锈钢产品，增强产品在国际上的竞争力。

三、高品质不锈钢材料的发展趋势

为满足社会经济发展的需要，国内外的一些研究人员对不锈钢材料进行了细致而卓有成就的研究，未来高品质不锈钢的发展趋势具体表现为以下的几个方面：第一，纯净化和细晶化的不锈钢。机械制造行业对金属材料纯净化的要求不断提高，结合先进的工艺，生产出纯净的不锈钢产品。另外，还可以对材料的晶粒进行细化，对材料的结构进行细致的改造，获得材料的一些特殊性能，进而扩大不锈钢材料的使用范围。第二，高强度的不锈钢。未来会向大型零部件制造的方向发展，这就要求企业必须要提高不锈钢材料的强度。通过先进的工艺，提高材料的纯度，结合先进的冶炼技术，提高产品的强韧性、耐蚀性。第三，高耐腐蚀性的不锈钢。通常来说，大部分化工原料都有很强的腐蚀性，发展耐腐蚀不锈钢是未来金属发展的趋势。根据一些特殊行业要求进行研制，使耐腐蚀性的不锈钢适合化学、海水淡化等行业的要求。第四，耐热和抗氧化不锈钢材料。随着我们对宇宙的不断探索，导致了航空航天业的长足发展。但是，这也对不锈钢材料提出了新的要求，发展航天航空需要使用大量的耐高温、高热的材料。发展耐高温不锈钢材料也是未来的一种发展趋势。

四、结语

随着市场的发展，高品质不锈钢也随之发展，国内外不锈钢市场已呈现出多元化的趋势，这也就导致了未来不锈钢也会向着多元化的方向发展。未来一段时间内，以市场为导向，各种特性的不锈钢产品将会被研制出来。高品质不锈钢本身有很多优良的金属和化学特性，在很多的领域得到了广泛的应用，例如：能源、石化、电力等领域，随着高品质不锈钢种类的增多，其应用的领域也会进一步扩大。近年来高品质不锈钢在舰船、航天航空器等高精尖行业中得到应用。从可持续发展的角度看，高品质不锈钢是可以完全回收的绿色材料，将有着广泛的应用前景。

作者：任朋立单位：中国船舶重工集团公司第十二研究所