JFE443CT铁素体系不锈钢的特性和用

JFE开发了高耐蚀性铁素体系不锈钢JFE443CT用以代替SUS304。开发钢与SUS304有同等的耐蚀性，且因不加Ni、Mo元素而不受其价格波动的影响。作为SUS304的替代品，开发钢已被广泛应用于厨房用品、建材建具、电气设备、汽车等领域。  前言  一般用途的不锈钢，是指以SUS304（18Cr-8Ni）为代表的奥氏体系不锈钢，也称镍系不锈钢、或SUS430（16Cr）为代表的铁素体系不锈钢，也称铬系不锈钢。在家庭用品和家电领域，从经济性的角度考虑多采用SUS430；在汽车领域，开发了多种用途的新钢种，使用的大多为铁素体系不锈钢。而在建材及产业机械等领域，要求钢具有良好的耐蚀性、加工性和焊接性，且通用性高，从长年使用的结果来看，主要使用SUS304。  SUS304钢虽然性能优良，但其主要原料镍是稀缺金属，其售价波动剧烈，因此JFE开发了代替SUS304的铁素体系不锈钢JFE443CT（21Cr-0.4Cu-0.3Ti）。该开发钢有以下特点：  （1）具有与SUS304同等优良的耐蚀性；  （2）因不加Ni、Mo而不受其价格波动的影响；  （3）具有与原来铁素体系不锈钢同等以上的成形性。  由于开发钢的特性与SUS304有很大不同，故准确把握其特征来确定用途和利用技术是很重要的。本文概要介绍了开发钢的特性及代表性用途。  1. JFE443CT的特性  1.1基本特性   JFE443CT钢的化学成分如表1所示。 表1：JFE443CT的代表性化学成分，％ 钢种 C Cr Ni Cu Ti Nb N JFE443CT 0.01 21 – 0.4 0.3 – 0.01 SUS430 0.04 16 - - - - 0.04 SUS304 0.05 18 8 - - - 0.03  由表中数据可知，开发钢在将Cr含量提高到21％的同时，还加入了0.4%的Cu，从而确保与SUS304有同等的耐蚀性；而且，因作为稳定化元素而加入了0.3%的Ti，将钢中残余的C，N转变成了无害化的Ti（C，N），即碳氮化钛，从而提高了焊接部位的耐蚀性和加工性。 JFE443CT的力学特性如表2所示。表中的r值（即兰克福特值）是在使钢板产生应变时，板宽方向的对数应变与板厚方向对数应变之比（简称钢板的塑性应变比）。此值越大，钢板的深冲性能就越优良。较之SUS304，开发钢是软质的，故r值高，加工性优良。另外，较之SUS304，虽然开发钢的延伸率较低（前者为60％而后者为31％），凸肚加工性较差，但因其r值高，故深冲性能优良。因此，采用开发钢成形时，宜进行深冲而不宜采用凸肚工艺。 表2 ：JFE443CT的力学特性（代表值） 钢种 0.2%屈服强度，MPa 拉伸强度，MPa 延伸率，％ 平均r值 JFE443CT 305 483 31 1.3 SUS430 320 490 29 1.0 SUS304 260 645 60 1.0 开发钢与SUS430一样有磁性，且比SUS304的热胀系数小，导热性优良，其物理特性如表3所示。 表3：JFE443CT的物理特性（代表值） 钢种 磁性 在25℃的比热，J/（kg·℃） 在100℃的导热系数，W/（m·℃） 热膨胀系数,10-6/℃ 20～100℃ 20～600℃ JFE443CT 有磁性 440 22.5 10.5 11.6 SUS430 有磁性 460 26.1 10.4 12.0 SUS304 无磁性 500 16.2 17.3 18.7   1.2焊接性  开发钢在降低钢中杂质元素C和N的同时，因添加了稳定化元素Ti，故焊接部具有优良的耐蚀性和力学特性。  根据JASO（日本汽车标准协会）M609-91的规定，对JFE443CT、SUS304和SUS430的TIG（W极惰气保护电弧焊）焊接部分别进行了盐干湿复合交替腐蚀试验。1个周期的试验过程为：盐水喷雾（5％NaCl水溶液、35℃、2h）→干燥（60℃、相对湿度20％～30％、4h）→湿润（50℃、相对湿度95％以上、2h）。  观察经上述腐蚀试验后试样的图片可知，在SUS430钢上，因焊接时的加热、冷却，钢中的C、N变成（C，N）化物析出于晶界上，致使晶界因缺Cr而敏化，故焊接部位生锈；反之，在JFE443CT和SUS304上，焊接部都显示了良好的耐蚀性。其中的开发钢正如前所述，是在降低钢中C、N含量的同时，还用加0.3％的Ti对残余的C、N进行了稳定化的无害化处理，从而防止了焊接部的敏化，提高了该部位的耐蚀性。  为了确保良好的力学特性和耐蚀性，对于开发钢的焊接须注意以下几点。  （1）不同种类不锈钢之间的焊接：若将开发钢与SUS304这种含C量较高的钢进行TIG对接焊，则造成的敏化会降低焊接部的耐蚀性。因此，不宜采用C含量≤0.08％、一般为0.05％～0.06％的SUS304，而宜采用SUS304L（18Cr-9Ni、C≤0.03％）。  从JFE443CT和不同钢种的TIG对接焊部耐蚀性试验结果可知：与SUS304的焊接部因敏化而降低耐蚀性（明显生锈）不同的是与含C量较低的SUS304L和SUS316L（0.02C-18Cr-12Ni-2Mo）的焊接部耐蚀性良好。与含C量较高的不锈钢焊接部的耐蚀性下降，是由焊后慢冷的TIG焊接工艺引起的。焊后快冷的电阻焊（含点焊与缝焊）就不易引起耐蚀性的下降。并且试验表明，在使用焊丝的角焊缝焊接中，将焊接金属作为奥氏体主体组织，就可以防止因敏化而造成的耐蚀性下降。同样，即使在采用奥氏体系焊丝的MIG和MAG焊接中，焊接部变成了奥氏体组织；即使与SUS304对接焊，焊接部也能获得与母材基本同等的耐蚀性。  （2）焊丝：为了防止因敏化而降低焊接部的耐蚀性，应避免使用Y308系（成分为0.05C-20Cr-10Ni）焊丝，而必须用含C量低的Y308L系（成分为0.02C-20Cr-14Ni）和Y309L系（成分为0.02C-23Cr14Ni）焊丝。  （3）保护气体：为了防止（焊接部的）氧化、渗C，不仅应从焊接工件表面，而且应从里面也给予充分量的氩气保护。  （4）合适的输入热量：较之SUS304，开发钢焊接时必要的输入热量增大了，但须注意的是随着输入热量的增加，焊接部位的晶粒会增大，从而可能降低其韧性。   JFE443CT的同材焊接部以及与SUS304的焊接部都具有充分的强度和延性。而且，如表3所示，较之SUS304，开发钢的热膨胀系数较低而导热系数较高，具有难以产生焊接变形的优点。   1.3精加工材、2BW精加工材  开发钢除能生产一般不锈钢表面精加工的2B（退火酸洗）材、BA（光亮退火）材之外，还配齐了生产率高的（串列式-CAL）精轧产品。  本开发钢的2B精加工材有光泽，但与白色的SUS304的2B精加工材不同，在本开发钢的2B精加工材上，在加工时有可能遇到细小缺陷需要修整，或防眩性差等问题，因此针对性地开发了新的白色表面的2BW精加工材。  相关的指标和图片对比表明：JFE443CT的2BW精加工材的光亮度、白色度与SUS304的2B精加工材是同等的，低光亮的白色外观。在将开发钢和SUS304的2B精加工材组合使用时，就能降低采用2BW精加工材的色调差。   1.4耐起皱特性  若对包括开发钢在内的铁素体系不锈钢进行冲压加工，往往发生沿轧制方向的筋状凹凸（即起皱）。起皱会损害美观，且会在冲压加工后进行磁磨精加工的锅和器物等用途中增大磁磨负荷。  由于SUS304的冲压加工不会起皱，故对本开发钢在减少起皱方面提出要求。开初，本开发钢有时会发生重度的起皱，但由于将加工制作条件最佳化，成功改善了其耐起皱性。例如利用20％拉伸所测定钢耐起皱特性结果表明，改善前的JFE443CT钢材上发生了波纹高4μm的凸起，而特性改善后的波纹高度就减低到1.5μm左右。   2. JFE443CT的用途   2.1室外用途  在室外使用不锈钢时，从海面上飞来的盐粒会造成生锈。为此，用JFE443CT和SUS304、SUS430及熔融镀锌钢板进行的盐水喷雾试验结果表明：一般镀锌板（镀层量62g/m2）经672h试验后，镀锌层失去了防锈机能而生锈，经2000h试验后全面生锈；即使镀锌层厚（镀层量527g/m2）的钢板经2000h试验后也生锈，5000h后全面生锈。SUS430经168h试验后从端部开始生锈。  与上述情况相反，JFE443CT和SUS304即使经5000h的试验后也未生锈，耐蚀性优良。  另外，在千叶海滨距海堤10m处进行了开发钢和SUS304试制的模拟空调通道的3个月曝露耐蚀试验。结果表明，开发钢的腐蚀是轻微的，显示具有代替SUS304的可能性。  如上所述，开发钢在室外用途中耐蚀性充分，已经开始代替SUS304用作各种建材、建具、金属配件和用于室外的家庭用品、工业机械等。   2.2室内用途  在室内家电制品和家庭用品中，也进行了从SUS304向开发钢使用的替换，如炊具锅、保温箱、冰箱、厨柜等。  如表3所示，本开发钢有磁性，且导热性高，若将之用于电磁锅，加热速度快并节省能耗（当往圆形的开发钢和SUS304制的锅中加入同量的水，在相同加热条件下，前者比后者快30min将水煮沸）。   3. 结语 本开发钢已经开始被广泛代替SUS304，将有广阔的应用和市场前景。