奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢（AusteniticStainlessSteel）是使用状态基体组织为稳定奥氏体的不锈钢。具有很高的耐蚀性，良好的冷加工性和良好的韧性、塑性、焊接性和无磁性，但一般强度较低。奥氏体不锈钢含铬大于18%，含镍[niè]8%左右及少量钼、钛、氮等元素，习惯上称为18-8型不锈钢，常用的奥氏体不锈钢有12Cr18Ni9、06Cr19Ni10等型号。由于奥氏体不锈钢含有多种重金属合金元素，不合格的奥氏体不锈钢制品有可能危害人体健康。

1904~1906年法国吉耶（L.B.Guillet）、1907~1909年英国吉森（W.Giesen）、1909~1911年法国波特万（A.M.Portevin）分别发现了Fe-Cr和Fe-Cr-Ni合金的耐腐蚀性能；1908~1911年德国蒙纳尔茨（P.Monnartz）提出了不锈钢和钝化理论的许多观点。1912~1914年德国毛雷尔（E.Maurer）和施特劳斯（B.Strauss）开发了C＜1%，Cr含量在15%~40%，Ni＜20%的奥氏体不锈钢；1929年施特劳斯取得了低碳18-8不锈钢的专利权；1931年德国的霍德鲁特（E.Houdreuot）发明了含Ti的18-8不锈钢；1946年美国史密斯埃塔尔（R.Smithetal）研制了马氏体沉淀硬化型不锈钢，相继开发了具有高强度可进行冷加工成形的半奥氏体沉淀硬化不锈钢17-7PH和PH15-7Mo。1948年，美国阿姆科公司（ArmcoSteel）成功开发17-4PH及半奥氏体沉淀硬化不锈钢17-7PH、PH15-7Mo等。1951年，美国阿勒根尼•路德姆公司开发出201、201L以锰代镍奥氏体不锈钢。1959年，德国标准化学会（DIN）建立了一套钢铁材料五位数编号系统，1.40××-1.46××数字系列表示不锈钢，1.47××-1.49××数字系列表示耐热钢和高温材料。以化学符号和表示元素百分比的数字命名合金。欧洲、国际标准化组织、俄罗斯、中国等采用了这种命名方法。1968年，世界首座氩[yà]氧精炼法（ArgonOxygenDecarburization，AOD）精炼炉在美国Joslyn制造与供应公司的印第安纳州韦恩保厂建成。20世纪70年代初期完成了钛稳定化奥氏体不锈钢向低碳和超低碳不锈钢的过渡。1977年，南非米德尔堡钢与合金公司成功炼出3Cr12铁素体-马氏体不锈钢。20世纪80年代提出了超级奥氏体不锈钢的概念，1984年韩国申请了SR50A（S32050）的专利，S32050含有较高的铬、氮含量，具有优异的耐蚀性和高于常规奥氏体不锈钢的强度。1988年芬兰Qutokumpu公司研发出S34565，通过提高锰含量来提高氮的溶解度，提高了奥氏体不锈钢的耐蚀性同时又降低了价格。1994年法国使用钨取代部分钼[mù]研发了S31266超级奥氏体不锈钢，降低了金属间化合物析出的风险。1996年，国际不锈钢论坛（ISSF）成立。2000年美国特种金属公司开发了一种新型超级奥氏体不锈钢S31277。1995年—2010年，波斯湾AlShaheen海上油田使用408吨254SMO超级奥氏体不锈钢管道。2020年Sandvik研发出N08935超级奥氏体不锈钢新钢种，可以适用于腐蚀性环境和海水环境。

奥氏体不锈钢广泛应用于日常生活领域，如S304（06Cr19Ni10）或S316（06Cr17Ni12Mo2）系列奥氏体不锈钢用于保温杯内胆；S304系列奥氏体不锈钢用于800℃以下经受弱介质腐蚀和承受负荷的零件，如炊具、餐具等；奥氏体节镍钢主要用于制造旅馆装备、厨房用具、冰箱，餐具，水池、桌面，炉子，交通工具等。

奥氏体不锈钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，广泛应用于机械、航空、化工等领域，可以制造出高强度、高耐磨、耐蚀的机械零件、工具等。超低碳奥氏体不锈钢适用于制造厚截面尺寸的焊接部件和设备，如石油化工、化肥、造纸、印染及原子能工业用设备的耐蚀材料。铌[ní]稳定化的奥氏体不锈钢在酸、碱、盐等腐蚀介质中的耐蚀性高，且焊接性好，即可作为耐蚀材料又可作为耐热钢使用，主要用于火电厂、石油化工等领域，如制作容器、管道、热交换器、轴类等。铬镍奥氏体不锈钢主要用于水闸、角钢、隧道、水槽、螺丝、非磁性阀簧、非磁性轴等部件；含有铬、钼的奥氏体不锈钢多用于海水环境、化工厂排烟脱硫装置、废液处理装置、污泥处理装置水泥厂烟筒、烟道内衬等高温腐蚀性环境。铬锰奥氏体不锈钢主要用于石油钻探钻杆非磁性套环、管道等。高钼奥氏体不锈钢主要用于处理含氯离子溶液的热交换器、醋酸设备、磷酸设备、漂白装置等。

奥氏体型耐热钢可用作热强钢和抗氧化钢，典型不锈钢牌号有06Cr18Ni11Ti、06Cr25Ni20、16Cr23Ni13、06Cr19Ni10、26Cr18Mn12Si2N等，使用温度为600~1000°C。作为热强钢，用于汽车发动机气阀、蒸汽过热器、动力装置管路、燃气轮机叶片等；作为抗气化钢，用于热处理炉构件，如渗碳炉罐、传送带、炉底板、料盘、炉管等。亚稳定奥氏体不锈钢经冷加工有高的强度和硬度，且保留足够的韧塑性，大气条件下有较好的耐蚀性，主要用于冷加工状态承受较高负荷，有希望减轻装备重量和不生锈的设备和部件，如铁道车辆、装饰板、传动带、紧固件等。铬锰奥氏体不锈钢主要用于发电子转子护环、汽车发动机排气阀等。

耐蚀性奥氏体不锈钢广泛应用于食品工业及装备，如挤奶机，储罐，运输罐，管道，阀门，牛奶车等。

奥氏体不锈钢良好的加工性能和耐蚀性，以及相对较低的价格，广泛用于人体植入医疗用材、人工关节、断裂固定钉板系统、外科辅助器械、血管支架等。

奥氏体不锈钢显微组织为奥氏体、晶体结构为面心立方。铁、铬、镍是奥氏体不锈钢的三大基础元素，除主要合金元素铬、镍外，还需加入为满足其他性能要求的元素，如为提高耐蚀性加入的钼、铜、硅、钒等；为节约镍加入的锰、氮等；为改善晶间腐蚀性能而加入的钛、铌等。同时生产中不可避免带入或工艺要求加入的元素，如碳、氮、硅、锰以及硫、磷等。其中影响奥氏体组织的元素有碳、氮、镍、锰、钴、铜等，一般以镍当量衡量合金元素形成奥氏体组织的能力总和，镍当量=%Ni+%Co+30%(C+N)+0.5%Mn+0.3%Cu，各元素前的数字为该元素形成奥氏体的能力相当于镍形成奥氏体能力的倍数。

奥氏体金相组织

按照奥氏体化元素的不同，奥氏体不锈钢可分为铬镍不锈钢和铬锰不锈钢两大系列。铬镍不锈钢以镍为主要奥氏体元素，是奥氏体不锈钢的主体，这个系列的不锈钢具有优秀的耐腐蚀性能和良好的综合力学性能、工艺性能及可焊接性能，但强度和硬度低，不宜在承受较重负荷及对硬度和耐磨性有较高要求的设备和部件上使用，代表性牌号如06Cr19Ni10、06C18Ni11Ti、022Cr19Ni10N、06Cr18Ni12Mo2Cu2等。铬锰不锈钢的奥氏体化元素除锰外，还有氮及适量镍，钢中锰起稳定奥氏体的作用。氮可稳定奥氏体，且有很好的固溶强化作用，提高了奥氏体不锈钢的强度，因此这个系列不锈钢适宜在承受较重负荷而耐蚀性要求不太高的设备和部件上使用，代表性牌号有12Cr18Mn9Ni5N、20Cr15Mn15Ni2N等。奥氏体不锈钢代表性牌号如下表所示。

奥氏体不锈钢牌号

碳在奥氏体不锈钢中是强烈形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体区的元素，其形成奥氏体的能力约为镍的30倍，碳是一种间隙元素，通过固溶强化提高奥氏体不锈钢强度。但碳在不锈钢的作用具有两重性，碳含量过多，形成碳化铬多，固溶体中含铬量下降，钢的耐腐蚀性能降低，总体来说，工业用奥氏体不锈钢中的含碳量都是比较低的，大多数在0.1~0.4%之间。

铬能显著提高不锈钢的高温抗氧化性、抗硫化性以及高温强度。铬与不锈钢中的碳形成碳化物，降低钢的耐蚀性引起晶间腐蚀，但当碳量一定时，随着钢中铬量增加，晶间腐蚀敏感性下降。

镍是奥氏体不锈钢中仅次于铬的重要合金元素，为了耐还原性酸和碱介质的腐蚀，必须向钢中加入镍，镍可以促进不锈钢钝化膜稳定性，提高不锈钢的热力学稳定性。铬镍共存可显著强化不锈钢耐蚀性。且镍对不锈钢高温抗氧化性有益，但对高温抗硫化性有害。

一般的奥氏体不锈钢仅用于要求不锈性和耐氧化性介质的使用条件下，钼作为奥氏体不锈钢中的重要合金元素加入，使其使用范围进一步扩大。钼的作用主要是提高钢在还原性介质的耐蚀性并提高钢的耐点蚀及缝隙腐蚀性能。钼对奥氏体不锈钢的强化作用不显著，但随着钼含量的增加，钢的高温强度提高。钼作为合金元素对奥氏体不锈钢耐还原性介质、耐点蚀及缝隙腐蚀机理尚不清楚。

氮是不锈钢中应用的xxx一种气态合金元素，生产中加入方便，价格低廉，有益作用显著，副作用较少，是不锈钢中非常有发展前途的重要合金元素。氮通过固溶强化可显著提高奥氏体不锈钢的室温和高温强度；可以显著提高奥氏体不锈钢耐氧化性酸、还原性酸介质的全面腐蚀性能；钢中含氮量超过0.12%~0.15%时，奥氏体不锈钢的冷、热加工性和冷成型性将下降。

当硅含量≤0.8%或≤1.0%时，降低铬镍奥氏体不锈钢的耐蚀性并显著提高钢的固溶态晶间腐蚀敏感性；当钢中硅量极低时，铬镍奥氏体不锈钢耐硝酸腐蚀性能显著提高，耐固溶态晶间腐蚀的性能优良。加入适量硅可使不锈钢具有优异的耐高温、高浓度硝酸和硫酸腐蚀的性能，同时可显著提高不锈钢的高温抗氧化性。

奥氏体不锈钢含有较高的铬‚形成致密的氧化膜‚所以具有良好的耐蚀性。当含铬18％‚含镍8％时‚获得单一的奥氏体组织‚，故奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性、塑性、高温性能和焊接性能。除此之外，奥氏体不锈钢锻造性能、铸造性能及切削性能等有其固有特点。

奥氏体不锈钢的铸造性能比马氏体不锈钢和铁素体不锈钢好。铬镍奥氏体不锈钢的铸造收缩率一般为2.0~2.5％；含钼奥氏体不锈钢的铸造收缩率一般约为2.8％左右；含钛奥氏体不锈钢‚其铸造性能比不含钛者要差‚易使铸件产生夹杂、‚冷隔等铸造缺陷。含氮奥氏体不锈钢铸造时气孔敏感性较大‚在冶炼、铸造工艺上都必须采取防护措施‚严格烘烤炉料‚采用干型‚并严格控制出钢温度和浇注温度等。合金元素（如铬、镍、钼、铜等）含量高的奥氏体不锈钢在铸造时‚铸件易产生裂纹‚严重者甚至出现开裂，因此‚在铸造、冶炼工艺上须采取特别的措施。

奥氏体不锈钢锻造比较复杂‚尤其是合金元素（特别是钼或硅元素）含量高的奥氏体不锈钢更为复杂。因其热导率低、膨胀系数大‚，锻造加热时需缓慢进行‚否则工件内外温差大‚会产生裂纹。此外奥氏体不锈钢加工硬化效应大，‚锻造时形变阻力很大‚使锻造困难。一般情况下‚奥氏体不锈钢所采用的锻造工艺是：始锻温度1150～1200℃‚，终锻温度为825～950℃。对含钼或硅较高的奥氏体不锈钢‚其锻造的最高温度不应超过1150℃，‚终锻温度不能低于925℃。

耐腐蚀性包括不锈性和耐酸、碱、盐等腐蚀介质的性能及高温下抗氧化、氯化等性能。现代奥氏体不锈钢碳含量一般不高于0.03%，以解决敏化态晶间腐蚀和提高钢的耐蚀性。奥氏体不锈钢中含有的大量镍、铬等合金元素可以使其保持稳定的奥氏体组织，在高温、室温下的氧化性或还原性介质中均具有良好的耐腐蚀性，并通过冷作加工或固溶处理提高强度，用来制备耐酸设备、耐蚀容器及腐蚀环境下的设备零件等。

奥氏体不锈钢的切削性能较差‚切削加工时‚加工硬化倾向大‚即使不太大的变形也会引起金属强烈硬化。此外‚由于这类钢韧性高‚切削加工时易产生粘刀现象以及形成长切屑‚使加工条件变坏。因此加工这类钢需采用小的进刀量。

奥氏体不锈钢与其它各类不锈钢相比‚有着较好的焊接性能‚，对氢脆也不敏感‚可用各种焊接方法顺利地对工件进行焊接或补焊。奥氏体不锈钢在焊接工艺上应注意焊缝金属的热裂纹，采用双相组织焊缝；严格控制有害杂质硫、磷的含量；采用碱性焊条、小电流、快速焊‚等可防止产生热裂纹。

不锈钢生产分为炼钢（冶炼和浇铸）和加工（开坯、热轧、冷轧等）两个阶段，冶炼和浇铸属于生产的前部工序，决定钢种的化学成分，加工是根据具体需要将炼好的不锈钢制成相应产品、形状等。不锈钢生产为蝉蛹三联（三步）法。炼钢方法有：电弧炉（EF）单炼法；AOD（ArgonOxygenDecarburization，氩氧精炼法）法；VOD（VaccumOxygenDecarburization，真空吹氧脱碳法）法；RH-OB法；转炉顶底复合吹炼法，其中AOD法和VOD法占主导地位。浇铸方法主要由模铸和连铸两种，1960年以前大部分采用模铸，60年代之后大规模普及连铸技术，1985年全世界不锈钢连铸比达到70%以上。

AOD法是由美国的联合碳化物公司与Josly公司合作于1968年发明的。生产过程如下：先在电炉中熔化原料钢水，钢水成分和

AOD法

温度满足进入AOD炉精炼要求后将原料钢水加入AOD炉，通过吹入氩—氧混合气体，提高钢的洁净度，将高铬钢液在温度不太高的情况下降碳保铬。随着吹炼过程，调整混合气体中氩氧比以控制铬和碳的选择性氧化，从而利用便宜的高碳铬原料来生产低碳不锈钢的精炼技术。

VOD法是1967年由西德维腾特殊钢厂（Edel-StahlwerkWitten）和标准迈索公司(StandardMesso)发明的。其生产过程如下：先

VOD法

在初炼炉（电炉或转炉）中调整好除碳、硅以外的成分，出钢到包内并将钢包移入真空罐中保持，将真空罐抽气到一定真空度后，从上方向包内钢液吹入氧气降碳，同时由包底吹入氩气搅拌钢液。

奥氏体不锈钢基体组织为奥氏体，在加热和冷却过程中不发生马氏体相变，没有淬[cuì]硬性。奥氏体热处理的目的是提高耐蚀性、强度、韧性，消除第二相带来的不利影响，消除应力，或使已经加工硬化的材料得到软化。具体处理方式包括固溶强化、安定化处理及去应力退火等。

奥氏体不锈钢通常情况下不会对人体有害，但如果使用生产不标准的奥氏体不锈钢制品或使用方式不当，可能就会导致重金属堆积，影响人体健康。对于过敏体质的人群而言，由于奥氏体不锈钢材质特殊，可能会产生不良反应。