不锈钢中的铌

铌 – 国际研讨会

仅在一个世纪前，合金钢凭借更好的性能被引入替代之前无处不在的碳钢。这些合金元素最先于1868 年 (1)被引入含钨空冷淬硬钢中，于 1886 年 (2) 引入奥氏体锰钢中，但直到 1900 年才将镍、铬和硅引入工程钢、工具钢和磁钢中 (3, 4)。大约七十年前，英国的布雷利 以及德国的施特劳斯和莫雷尔出于偶然发现了不锈钢 (5)，布雷利 发现了 13%铬的马氏体刀具钢，而施特劳斯和莫雷尔 发现了20%铬、7%镍的奥氏体不锈钢。这两个发现都是为了寻找完全不同类型的钢材，但重要的是，这两种合金所含的铬都超过了 12%，这是耐腐蚀性和抗氧化性的临界水平。因此，这两种合金都表现出普遍认可的“不锈”特性 (6)。

不锈钢凭借其耐腐蚀性能很快在化工厂部件上获得了应用，到了二十世纪三十年代，人们意识到加入钼元素可产生更加卓越的耐腐蚀性，尤其是在硫酸中，还可以提高其耐点蚀性能。另外，研究还发现了碳化铬析出物在焊缝或热影响区晶间腐蚀“焊缝腐蚀”中的重要性 (7, 8)，并且迅速开发了使用铌作为稳定化元素解决晶间腐蚀问题的技术 (9)。这些铌稳定化钢后来被选择用于高温应用，如过热器管和涡轮叶片，主要是因为它们具有良好的抗氧化性。然而，令人感兴趣的是，开发的含铌不锈钢不仅用于耐高温腐蚀环境，也具有非常好的耐高温蠕变性能，在这种情况下，铌的使用对许多耐蠕变钢的开发至关重要。

大约在1970年，氩氧脱碳（AOD）炼钢工艺的应用，可以实现经济地将碳含量降到0.03%以内，这对强度、塑性、耐腐蚀性和韧性具有重要影响。不锈钢行业自 1973 年以来对铌的需求有所下降，这是因为在 350-800°C 奥氏体区，当钢材中的碳含量保持在Cr23C6 的溶解极限以下时，就无需通过铌稳定化改善晶间腐蚀了。但是，超低碳含量也存在一些的危险和问题，尤其是由于没有钉扎颗粒而出现晶粒生长速度增加的趋势，以及需要稍微提高镍含量来抵消奥氏体的碳稳定化损失。此外，在需要铌来增加蠕变和高温强度时，使用超低含碳量很可能会适得其反。

不锈钢的冶金非常复杂，虽然最近发表的文章阐释了一些基本原理，但并未重点说明铌的具体作用 (10, 11)。另外，最近发表的文章还概述了不锈钢中结构与性能的关系 (12)。毫无疑问，合金有进一步发展的潜力；事实上，如果要通过日益精密和高产的炼钢厂和轧钢厂及技术生产产品来维持和/或创造市场，就必须进一步发展合金。另外，也不应该忽视改进钢铁制造和加工方法的需求，热机械加工工艺被成功开发应用于低合金钢，该方法应用于不锈钢中同样具有明显的潜力。但是，进展可能不像低合金钢和工具钢那么快，因为经济动力可能存在紧迫性不足的问题，但随着新材料和新工艺的出现，铌的使用量将会增加。

本文旨在总结铌在不锈钢中发挥作用所引起的一些显著特征，主要强调物理冶金方面。读者可参考有关不锈钢的标准教科书，了解有关不同钢种、力学性能、耐腐蚀性、高温特性等更多信息。

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