【文章內(nèi)容簡介】 當(dāng)2量構(gòu)成了 Schaeffler 圖的兩條軸線，其數(shù)值可由下式計(jì)算：鎳當(dāng)量（％）＝％Ni＋％Co＋30（％C）＋25（％N）＋（％Mn）＋（％Cu）鉻當(dāng)量（％）＝％Cr＋2（％Si）＋（％Mo）＋5（％V）＋（％Al）＋（％Nb）＋（％Ti）＋（％W）圖 1－1 經(jīng) Schneider 修改過的 Schaeffler 圖 國內(nèi)鑄造不銹鋼熔煉技術(shù)現(xiàn)狀不銹鋼的熔煉工藝是影響不銹鋼鑄件質(zhì)量的重要因素，不銹鋼中的碳化物和夾雜物是導(dǎo)致不銹鋼件力學(xué)性能和耐腐蝕性能差的主要原因。因?yàn)槿蹮捁に囍苯記Q定了鋼液的純凈程度，從而最終決定鑄件的內(nèi)在質(zhì)量。同時(shí)熔煉工藝還影響鑄件成分，以及材料成本和熔煉成本。AOD、VOD 法成本極高，對其他各方面的要求也極高，所以國內(nèi)只有極少數(shù)的大型的不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)能夠擁有 AOD、VOD 法，數(shù)量眾多的鑄造不銹鋼廠家和中小型軋鋼廠都不具備 AOD、VOD 法的生產(chǎn)條件。目前鑄造不銹鋼的熔煉大致有如下幾種方式[7]：3 電弧爐返回吹氧熔煉法這是鑄造不銹鋼的一般的熔煉方法。其突出的優(yōu)點(diǎn)是可以使用價(jià)格便宜的各種回爐料、廢鋼、高碳的鐵合金等為原料。通過吹氧脫碳精煉，可以去除由原材料所帶入的或熔煉過程中新產(chǎn)生的大部分的非金屬夾雜物，得到較為純凈的不銹鋼液。由于吹氧過程有一個(gè)碳鉻競爭氧化的問題，為減少鉻的氧化，促進(jìn)碳的優(yōu)先氧化，必須提高吹氧溫度至 1650℃以上，且隨著鋼液中碳量的下降，鉻的氧化問題也越來越嚴(yán)重。因此，鉻的氧化損失較大和鋼液碳量難以降到很低是這種工藝的主要問題。此外煉鋼的綜合能耗也比較高。這種工藝比較適合用來生產(chǎn)碳量在 %左右及以上的不銹鋼，對生產(chǎn)碳量在 %以下的不銹鋼就很困難。這種熔煉工藝在我國有廣泛的應(yīng)用，稍具規(guī)模的不銹鋼鑄件生產(chǎn)廠家多采用這種方法生產(chǎn)。 配料重熔法這種工藝方法采取先以電弧爐吹氧熔煉得到碳量很低的工業(yè)純鐵，再配以低碳量的鐵合金在感應(yīng)電爐內(nèi)重熔和調(diào)整成分。在我國采用這種方法生產(chǎn)不銹鋼鑄件的廠家很多。這種工藝方法可大幅度減低返回吹氧法冶煉帶來的鉻的氧化損失，工藝過程也相對簡單。但鋼液碳量的高低完全取決于所使用的鐵合金的碳量水平，因此也不能生產(chǎn)超低碳的不銹鋼。這種方法的主要問題之一是只能使用價(jià)格昂貴的低碳鐵合金和金屬鉻，回爐料也只能使用同一牌號的，因此材料成本很貴。另外這種方法只是一種重熔過程，不能有效地去除鋼液中因原材料、回爐料帶入或熔煉過程中新產(chǎn)生的各種夾雜物，因此對爐料的純凈度要求較高。 回爐料重熔法這是我國小規(guī)模不銹鋼鑄造廠廣泛使用的生產(chǎn)方法。這種方法使用沖壓、鍛造或機(jī)加工過程中產(chǎn)生的不銹鋼的邊角余料以及各種回收廢舊不銹鋼制品和零部件為原料，采用感應(yīng)電爐進(jìn)行重熔。其最大的特點(diǎn)是生產(chǎn)工藝過程簡單，原材料成本也低，組織生產(chǎn)容易。但這種方法的缺點(diǎn)也是顯而易見的：其一是鋼液成分難以保證。由于所使用的原材料為各種加工過程所產(chǎn)生的邊角余料，其中難免會(huì)夾雜有一定量不同牌號的其它材料，雖然這些原材料在使用前多數(shù)經(jīng)分類處理，但要僅憑肉眼就4區(qū)分不同的鋼種是做不到的。而且有些不銹鋼在加工和使用過程還進(jìn)行過一些特殊的處理，使不銹鋼邊角料會(huì)帶有一些其它的元素或物質(zhì)，這些微量元素或物質(zhì)有可能通過熔煉而進(jìn)入鋼液，從而危害鋼的性能。其二是鋼液的質(zhì)量不高。這些邊角料在加工、回收過程中不可避免地會(huì)受到油污，氧化、腐蝕等的污染，雖然大多爐料在使用前經(jīng)過清洗，但不能從根本上解決上述問題。而熔煉過程中由于感應(yīng)電爐沒有精煉能力，原材料帶入的夾雜物不能有效地去除。由于上述原因，采用這種工藝生產(chǎn)的不銹鋼鑄件常表現(xiàn)為力學(xué)性能中塑性、韌性不足；金相組織中夾雜物多；鑄件表面常出現(xiàn)黑點(diǎn)甚至于氧化銹斑；鑄件耐腐蝕能力低下等。 鋼錠重熔法這種方法是由煉鋼廠提供標(biāo)準(zhǔn)成分的不銹鋼錠，鑄造廠采用大功率感應(yīng)電爐快速重熔的方法生產(chǎn)。由于大鋼廠配備有各種先進(jìn)的爐外精煉方法，所提供的鋼錠碳量低，純凈度高，且由于批量生產(chǎn)，低碳和超低碳坯料的價(jià)格與普通碳量的坯料相比也相差不多。這樣鑄造廠只需配備簡單的熔化設(shè)備就可生產(chǎn)各種牌號、各種成分，包括低碳和超低碳的高質(zhì)量的不銹鋼鑄件。這是一種簡便而實(shí)用的生產(chǎn)高質(zhì)量不銹鋼鑄件的先進(jìn)工藝方法，特別適合我國不銹鋼鑄造廠家數(shù)量多而規(guī)模不大的現(xiàn)狀。但由于我國鑄造原材料的商品化還不完善，這種工藝方法目前在我國還沒有得到很好的應(yīng)用和發(fā)展。 不銹鋼中的夾雜物不銹鋼中的夾雜物對鋼的機(jī)械性能，特別是鋼的韌塑性、疲勞性能、冷加工性能以及切削加工性能等有強(qiáng)烈的影響。不銹鋼的性能與夾雜物的數(shù)量、性質(zhì)、形態(tài)、大小和分布密切相關(guān)。因此衡量不銹鋼中的夾雜物需綜合評定，包括夾雜物含量、顆粒大小和分布（這些通稱為鋼的清潔度），以及夾雜物的類型、物理性質(zhì)及其在加工過程中的形變能力。鋼中夾雜物按來源分，可分為內(nèi)生夾雜物和外來夾雜物，內(nèi)生夾雜物的主要成因：在冶煉過程進(jìn)行合金化時(shí)加入到鋼液中的各種鐵合金元素（比如 Cr、Si、Mn 等），有一定的量被氧化，形成 Cr2OSiOMnO、FeO 等；作為脫氧劑加入的 Al 生成5脫氧產(chǎn)物 Al2O3；鋼液在冷卻和凝固結(jié)晶過程中，由于溫度下降及物理化學(xué)條件的變化而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物等。不銹鋼外來夾雜物主要是在冶煉和澆注過程中，從爐體或澆鑄系統(tǒng)沖刷和侵蝕下來的耐火材料、爐料帶入的污物、混入鋼液的爐渣等。鋼中外來夾雜和內(nèi)生夾雜往往交織在一起。內(nèi)生夾雜可以外來夾雜為核心，聚集到后者的顆粒上；外來夾雜物可能與鋼液起反應(yīng)而被還原，再生成新的內(nèi)生夾雜。一般外來夾雜顆粒較大，在鋼中也較集中，而內(nèi)生夾雜物小而分散。1Cr18Ni9Ti 不銹鋼中的非金屬夾雜物主要是氧化物、氮化物和硫化物，它們的生成既有內(nèi)在因素，又有外來影響。常見的內(nèi)生夾雜物為 FeO、Cr2O3，此類夾雜物在含 Cr 較高的情況下是相當(dāng)穩(wěn)定的，且常與 TiN 夾雜伴生。該氧化物的硬度極高，變形程度很差，在壓力加工時(shí)容易碎裂，在顯微鏡下可以看到呈灰黑色的小點(diǎn)狀，其外形為多邊較圓的顆粒，常呈條帶狀分布，嚴(yán)重時(shí)為叢集條帶狀，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)呈網(wǎng)絡(luò)狀分散分布的情況[8]。1Cr18Ni9Ti 鋼中的氮化物夾雜主要以 TiN 的形式出現(xiàn)，它是溶解于鋼中的[N]以及冶煉和澆鑄過程鋼液從空氣中吸入的氮與鋼中 Ti 元素作用生成的化合物。該夾雜物熔點(diǎn)高，約 2950℃，無可塑性，幾何形狀規(guī)則，如方塊狀、三角狀等。在金相顯微鏡明場下觀察，其顏色隨基體金屬中碳含量的不同而變化，例如，在含碳 ％左右的 1Crl8Ni9Ti 鋼中，通常呈金黃色；在暗場下透明；偏光下呈各向同性，不透明。硫作為一種雜質(zhì)（%）而存在于奧氏體不銹鋼中，或者是為改善鋼的切削性能而特意加入的，其加入量通常為 %。由于室溫下，硫在不銹鋼中的溶解度小于%，因此，它通常是以金屬硫化物的形式存在于鋼中。這些硫化物主要是硫化錳，但也含有鉻和其他元素。這此硫化物起到點(diǎn)蝕源的作用，這些硫化物不僅對奧氏體不銹鋼而且對所有的不銹鋼的抗點(diǎn)蝕性能都是有害的。6 不銹鋼的腐蝕2 理論基礎(chǔ)不銹鋼的腐蝕從化學(xué)角度看有兩種，一種是化學(xué)腐蝕，一種是電化學(xué)腐蝕。化學(xué)腐蝕是不銹鋼直接與周圍介質(zhì)發(fā)生純化學(xué)作用；電化學(xué)腐蝕是不銹鋼在酸、堿、鹽等電介質(zhì)中由于本身各部分電極電位的差異，在不同區(qū)域產(chǎn)生電位差，從而形成了腐蝕原電池而發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生的腐蝕。不銹鋼的腐蝕原電池是由于電化學(xué)不均勻性引起的，組織與化學(xué)成分不均勻都會(huì)產(chǎn)生原電池，例如鋼中的碳化物、硫化物、夾雜物等第二相和基體，晶內(nèi)和晶界之間都會(huì)產(chǎn)生電極電位差。前面所講的不銹鋼中的合金元素 Cr、Ni、Si 等都能夠提高其基體的電極電位，有效地提高了不銹鋼的耐腐蝕性能。那些促進(jìn)奧氏體形成，使不銹鋼獲得單一奧氏體組織的元素同樣減少微腐蝕原電池的數(shù)目從而有效地提高不銹鋼的耐腐蝕性能。減少與消除不銹鋼中的各種不均勻現(xiàn)象都可以減少不銹鋼中微腐蝕原電池的數(shù)目，都可以達(dá)到提高耐腐蝕性能的目的。 不銹鋼的晶間腐蝕晶粒間界是結(jié)晶學(xué)取向不同的晶粒間紊亂錯(cuò)合的界域，它們是鋼中各種溶質(zhì)元素偏析或金屬化合物（如碳化物和δ相）沉淀析出的有利區(qū)域。因此，在某些腐蝕介質(zhì)中，晶粒間界可能先行被腐蝕，這種類型的腐蝕稱為晶間腐蝕[9]。關(guān)于不銹鋼晶間腐蝕的理論解釋有多種，其中以貧化理論廣為人們所接受。貧化理論[10]該理論認(rèn)為，晶間腐蝕的原因是由于晶間析出新的相，造成晶界區(qū)中某一成分的貧化所致。對奧氏體不銹鋼而言，其晶間腐蝕的原因是由于晶界區(qū)的貧鉻所引起。我們知道，奧氏體不銹鋼碳的溶解度隨溫度的下降而減