在現(xiàn)代工業(yè)中，不銹鋼是一種不可或缺的金屬材料，截至目前有近百年的歷史。不銹鋼材料具有很多優(yōu)異的特性,具體表現(xiàn)為：強(qiáng)度高、優(yōu)良的可焊接性以及易加工性和光澤性等，在航天航空、機(jī)械加工、能源等領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。鋼鐵產(chǎn)量是衡量一個國家現(xiàn)代工業(yè)水平的重要指標(biāo)，鋼鐵的質(zhì)量則是衡量國家技術(shù)水平的一個重要標(biāo)志之一，隨著高新技術(shù)的發(fā)展，對鋼鐵品質(zhì)的要求越來越高，高品質(zhì)不銹鋼也隨之迅速發(fā)展。高品質(zhì)不銹鋼的應(yīng)用范圍廣闊、前景光明，是未來社會發(fā)展所需的一種重要金屬材料。本文從高品質(zhì)不銹鋼的類別著手，展開分析其應(yīng)用現(xiàn)狀，同時也對國內(nèi)外高品質(zhì)不銹鋼的研發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，同時對其發(fā)展趨勢作出預(yù)測。
一、高品質(zhì)不銹鋼的類型和應(yīng)用領(lǐng)域 高品質(zhì)不銹鋼種類繁多，本文主要介紹其中的超級不銹鋼和功能性不銹鋼。
從微觀角度看，超級不銹鋼的種類主要有：超級鐵素體不銹鋼、超級奧氏體不銹鋼以及超級雙相不銹鋼等。
超級鐵素體不銹鋼是在鐵素體不銹鋼的基礎(chǔ)上改良研制成的，也在鐵素體不銹鋼的范疇內(nèi)，繼承了傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼的一系列優(yōu)點(diǎn)。一方面，不銹鋼的強(qiáng)度更高，使用范圍更廣；另一方面，超級鐵素體不銹鋼增強(qiáng)了其表面的抗氧化性，解決了傳統(tǒng)不銹鋼存在的一些重大缺陷，增強(qiáng)了鐵素體不銹鋼的延展性以及在低溫、超低溫環(huán)境下的適應(yīng)性。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，金屬冶煉技術(shù)得到了大幅度增強(qiáng)，這樣也就為提高鐵素體不銹鋼的性能打下了很好的技術(shù)基礎(chǔ)。通過一系列的技術(shù)手段，增加一些生產(chǎn)和檢驗環(huán)節(jié)，合理降低了碳元素的含量，同時適度添加特殊元素，增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性和韌性，就可以生產(chǎn)出一系列不同品種的超級鐵素體不銹鋼，這些新型的鐵素體不銹鋼在耐氧化性和抗腐蝕性等方面的性能更加優(yōu)良。
超級奧氏體不銹鋼在不銹鋼類型中占據(jù)重要的地位，也是最重要的不銹鋼種類具有易加工、耐蝕以及優(yōu)良的化學(xué)金屬性能等一系列優(yōu)良屬性。但是其缺陷也限制了它的適用范圍，如奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度不足和部分區(qū)域容易受到外界的腐蝕。
超級奧氏體不銹鋼是普通奧氏體不銹鋼的一種加強(qiáng)版，經(jīng)過一系列的先進(jìn)工藝提升不銹鋼的質(zhì)量，與此同時還可以添加鉻等金屬元素，減少不銹鋼中碳元素的含量，還可以防止由于個別元素的溢出而造成不銹鋼的腐蝕，從而使不銹鋼擁有良好的力學(xué)性能，較高的工藝以及局部耐腐蝕性能。
超級雙相不銹鋼就是擁有50%鐵素體相和50%奧氏體相的不銹鋼金屬。因此，其既有鐵素體不銹鋼的特性，也有奧氏體不銹鋼的性能，兩者優(yōu)勢兼顧。
1981年左右，超級雙相不銹鋼就被研發(fā)成功并投入使用，主要的型號有SAF2411、UR58T等。其主要特點(diǎn)有：第一，不銹鋼中含碳量極低，僅有萬分之一左右；第二，不銹鋼中含有的鉬元素（低于3%）和氮（N）元素（低于0.2%）最低；第三，耐腐蝕性能優(yōu)良。
雙相不銹鋼的研制成功，是一項歷史性的突破，解決了很長一段時間內(nèi)業(yè)界沒有攻克的不銹鋼中氯化物局部腐蝕的問題。目前，超級雙相不銹鋼的應(yīng)用范圍比較廣泛，例如，型號UR58T在油田的輸送管線中大量使用，型號SAF2411在阿拉斯加等地的海上石油鉆井平臺上大量使用等。
從20世紀(jì)60年代開始，世界各國新科學(xué)技術(shù)和制造水平得到了迅速發(fā)展，導(dǎo)致了對不銹鋼的需求增多，對不銹鋼的品種要求更高，對質(zhì)量也提出了一系列新的要求。伴隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)市場的需求在產(chǎn)品上不斷推陳出新，一大批具有特殊用途和特殊功能的不銹鋼品種陸續(xù)涌現(xiàn)。
在不銹鋼中添加一定比例的N元素，可以大幅度提高不銹鋼的性能。添加N元素之后可以增強(qiáng)奧氏體的穩(wěn)定性，在其他性能不受影響的基礎(chǔ)上大幅提高鋼的強(qiáng)度和硬度，減少了不銹鋼中昂貴特殊元素的使用量，從而降低了生產(chǎn)成本。N元素可以跟不銹鋼中的一些添加元素相互作用，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一定數(shù)量的N化物，在一定程度上增強(qiáng)了不銹鋼的強(qiáng)度。
通常來說，一種不銹鋼如果對點(diǎn)腐蝕有良好的抵抗作用，那么對縫隙也會有極強(qiáng)的抗腐蝕能力。增加一定量的N可以彌補(bǔ)不銹鋼中稀有元素不足造成的抗腐蝕性能下降的問題，N含量高的不銹鋼一般很少發(fā)生均勻腐蝕問題，同時局部腐蝕的現(xiàn)象也逐漸減少。
進(jìn)入21世紀(jì)，氬氧精煉等一系列的精煉技術(shù)得到了快速發(fā)展，也得到了大范圍的推廣和應(yīng)用，伴隨著技術(shù)的發(fā)展，可以精確地對不銹鋼中的N含量進(jìn)行控制，通過控制N元素加入量的多少來增強(qiáng)不銹鋼的強(qiáng)度。通過對不銹鋼的成分進(jìn)行調(diào)節(jié)，運(yùn)用一系列先進(jìn)的精煉技術(shù)等環(huán)節(jié)，可以更加合理控制不銹鋼中N元素的含量，研制出性能優(yōu)異的不銹鋼材料。例如，現(xiàn)階段在高錳不銹鋼中的N含量最高，可以達(dá)到1.3%，主要采用AOD（argon oxygen decarburization，AOD，氬氧脫碳法）冶煉方法實現(xiàn)；將普通不銹鋼中的N元素的含量提高到2.3%，主要采用加壓等效串聯(lián)電阻（ESR）方法實現(xiàn)。
在醫(yī)療器械領(lǐng)域，手術(shù)植入時往往需要一些特殊的不銹鋼材料。目前，醫(yī)療器械領(lǐng)域需要的不銹鋼種類主要有鉻/Ni奧氏體不銹鋼，此類不銹鋼有比較好的生物相容性，但成本較高。因為大多數(shù)的不銹鋼需要含有16%～19%的Ni才能使用。因此，也可以說Ni元素是奧氏體不銹鋼中一種不可或缺和極其重要的元素。但是，含Ni的不銹鋼有嚴(yán)重的危害性，在一定程度上具有致癌的危險。這類材料如果在人體內(nèi)長期使用，不銹鋼的保護(hù)層會逐漸被破壞，其中的Ni離子會不斷被釋放出來，當(dāng)Ni離子發(fā)生富集現(xiàn)象時，就會對細(xì)胞造成破壞，或引發(fā)細(xì)胞發(fā)炎等問題。
近期，中國科學(xué)院金屬研究所研制出新型的無Ni奧氏體不銹鋼，主要原理是：在不銹鋼中加入一定數(shù)量的N和錳元素，這樣就可以使不銹鋼保持簡單的結(jié)構(gòu)。在生產(chǎn)工藝上，應(yīng)用真空的感應(yīng)熔煉設(shè)備，可以有效控制氮化物的形成，冶煉出來的無Ni高N不銹鋼質(zhì)量較高。
在現(xiàn)代社會中，人們不僅滿足于溫飽問題，而是更加重視身體的健康問題和環(huán)境問題，這也在一定程度上對抗菌材料的研發(fā)起到了推動作用。這方面，日本走在了世界的前列。
1990年以來，日本的多家公司研制出了新型的抗菌不銹鋼產(chǎn)品，主要含有銅（Cu）、鉬（Mo）元素。通過在抗菌不銹鋼中添加0.66%～1.5%的Cu，采用先進(jìn)工藝，使Cu元素析出到產(chǎn)品表面以達(dá)到抗菌的目的。在此基礎(chǔ)上，不僅開發(fā)了高級廚房用具等一系列產(chǎn)品，還滿足了其他產(chǎn)品對于抗菌性能的要求。例如，在抗菌不銹鋼中加入適量的銀元素使之具有比較好的抗菌效果，尤其是對大腸桿菌有良好的效果，即使使用一段時間后的產(chǎn)品表面受到磨損，其抗菌效果仍然不會發(fā)生變化。
二、國內(nèi)外高品質(zhì)不銹鋼的發(fā)展現(xiàn)狀 高品質(zhì)不銹鋼不僅對一個國家重型裝備制造業(yè)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用，也是促進(jìn)一個國家重點(diǎn)工程建設(shè)的重要材料，是一種技術(shù)含量比較高的鋼鐵產(chǎn)品。目前，我國的鋼鐵產(chǎn)量居于世界首位，是鋼鐵生產(chǎn)大國，但距離“鋼鐵強(qiáng)國”的目標(biāo)還有很長的路要走。我國生產(chǎn)的低品質(zhì)鋼鐵數(shù)量較大，高品質(zhì)鋼的產(chǎn)量遠(yuǎn)不能跟發(fā)達(dá)國家相比較。發(fā)展高性能的特鋼產(chǎn)品對于提高現(xiàn)代國防安全，建設(shè)高速鐵路以及研制先進(jìn)、新型武器裝備有著不可替代的作用。特別是在當(dāng)今我國裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的過程中，高品質(zhì)不銹鋼的需求會越來越大。
1. 國際高品質(zhì)不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 目前，全球高品質(zhì)不銹鋼的年產(chǎn)量約9 500萬t，約占不銹鋼總量的9%左右。世界高品質(zhì)不銹鋼生產(chǎn)國主要是西歐、美國、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，其高品質(zhì)不銹鋼年產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的75%。在生產(chǎn)高品質(zhì)不銹鋼的國家中，瑞典的產(chǎn)量最高，約占一半左右，其次為德國占25%，日本占18%，意大利占16%，韓國占11%，中國僅占3%。一些國家在某個領(lǐng)域的特殊鋼品種占據(jù)領(lǐng)先地位，高品質(zhì)不銹鋼研制水平比較高的國家是瑞典和德國。例如，瑞典的高品質(zhì)不銹鋼在世界不銹鋼產(chǎn)量中的比例最高，瑞典生產(chǎn)的軸承鋼、工模具鋼在國際上占據(jù)著重要的地位；另外，法國的不銹鋼以及美國的高溫合金的研制水平處于世界領(lǐng)先水平。
2. 國內(nèi)高品質(zhì)不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 從20世紀(jì)50年代至今，我國高品質(zhì)不銹鋼行業(yè)取得了許多成果，尤其在改革開放之后，取得了不菲的成績?，F(xiàn)階段，我國高品質(zhì)不銹鋼行業(yè)發(fā)展得比較完備，技術(shù)也比較先進(jìn)。
我國從事高品質(zhì)不銹鋼研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)主要有3類，即國有企業(yè)、民營企業(yè)、中小型企業(yè)。其中，國營的東北鋼鐵集團(tuán)和寶山鋼鐵股份有限公司特殊鋼分公司是我國實力雄厚的高品質(zhì)不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)，具有技術(shù)和資金優(yōu)勢，已經(jīng)基本形成產(chǎn)業(yè)鏈；民營的中信鋼鐵有限公司的市場主要面向中低層不銹鋼用戶，同時以自身的資金為后盾來提高公司的經(jīng)濟(jì)效益。通常來說，國營企業(yè)的優(yōu)勢在于不銹鋼產(chǎn)品深加工領(lǐng)域，民營企業(yè)的優(yōu)勢在于低成本競爭。
現(xiàn)階段，我國高品質(zhì)不銹鋼行業(yè)有了長足的發(fā)展，但是還落后于發(fā)達(dá)國家。具體表現(xiàn)為，高品質(zhì)不銹鋼毛坯的質(zhì)量達(dá)不到要求，導(dǎo)致了嚴(yán)重的浪費(fèi)，鋼材的性能較差。
目前，世界上高品質(zhì)不銹鋼的生產(chǎn)流程主要是轉(zhuǎn)爐冶煉，必須要充分利用國內(nèi)現(xiàn)有裝備，同時進(jìn)行適當(dāng)改造，加強(qiáng)對產(chǎn)品質(zhì)量的控制，發(fā)展先進(jìn)的高品質(zhì)不銹鋼產(chǎn)品，增強(qiáng)產(chǎn)品在國際上的競爭力。
為滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，國內(nèi)外的一些研究人員對不銹鋼材料進(jìn)行了細(xì)致而卓有成就的研究，未來高品質(zhì)不銹鋼的發(fā)展趨勢具體表現(xiàn)為以下的幾個方面：
第一，純凈化和細(xì)晶化的不銹鋼。機(jī)械制造行業(yè)對金屬材料純凈化的要求不斷提高，結(jié)合先進(jìn)的工藝，生產(chǎn)出純凈的不銹鋼產(chǎn)品。另外，還可以對材料的晶粒進(jìn)行細(xì)化，對材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的改造，獲得材料的一些特殊性能，進(jìn)而擴(kuò)大不銹鋼材料的使用范圍。
第二，高強(qiáng)度的不銹鋼。未來會向大型零部件制造的方向發(fā)展，這就要求企業(yè)必須要提高不銹鋼材料的強(qiáng)度。通過先進(jìn)的工藝，提高材料的純度，結(jié)合先進(jìn)的冶煉技術(shù)，提高產(chǎn)品的強(qiáng)韌性、耐蝕性。
第三，高耐腐蝕性的不銹鋼。通常來說，大部分化工原料都有很強(qiáng)的腐蝕性，發(fā)展耐腐蝕不銹鋼是未來金屬發(fā)展的趨勢。根據(jù)一些特殊行業(yè)要求進(jìn)行研制，使耐腐蝕性的不銹鋼適合化學(xué)、海水淡化等行業(yè)的要求。
第四，耐熱和抗氧化不銹鋼材料。隨著我們對宇宙的不斷探索，導(dǎo)致了航空航天業(yè)的長足發(fā)展。但是，這也對不銹鋼材料提出了新的要求，發(fā)展航天航空需要使用大量的耐高溫、高熱的材料。發(fā)展耐高溫不銹鋼材料也是未來的一種發(fā)展趨勢。
隨著市場的發(fā)展，高品質(zhì)不銹鋼也隨之發(fā)展，國內(nèi)外不銹鋼市場已呈現(xiàn)出多元化的趨勢，這也就導(dǎo)致了未來不銹鋼也會向著多元化的方向發(fā)展。未來一段時間內(nèi)，以市場為導(dǎo)向，各種特性的不銹鋼產(chǎn)品將會被研制出來。
高品質(zhì)不銹鋼本身有很多優(yōu)良的金屬和化學(xué)特性，在很多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，例如：能源、石化、電力等領(lǐng)域，隨著高品質(zhì)不銹鋼種類的增多，其應(yīng)用的領(lǐng)域也會進(jìn)一步擴(kuò)大。近年來高品質(zhì)不銹鋼在艦船、航天航空器等高精尖行業(yè)中得到應(yīng)用。從可持續(xù)發(fā)展的角度看，高品質(zhì)不銹鋼是可以完全回收的綠色材料，將有著廣泛的應(yīng)用前景。
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