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《新材料產業雜志》2014年第八期

一、功能性不銹鋼

從20世紀60年代開始，世界各國新科學技術和制造水平得到了迅速發展，導致了對不銹鋼的需求增多，對不銹鋼的品種要求更高，對質量也提出了一系列新的要求。伴隨著生產技術的發展，不銹鋼生產企業根據市場的需求在產品上不斷推陳出新，一大批具有特殊用途和特殊功能的不銹鋼品種陸續涌現。（1）含N不銹鋼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元素之后可以增強奧氏體的穩定性，在其他性能不受影響的基礎上大幅提高鋼的強度和硬度，減少了不銹鋼中昂貴特殊元素的使用量，從而降低了生產成本。N元素可以跟不銹鋼中的一些添加元素相互作用，發生化學反應，形成一定數量的N化物，在一定程度上增強了不銹鋼的強度。通常來說，一種不銹鋼如果對點腐蝕有良好的抵抗作用，那么對縫隙也會有極強的抗腐蝕能力。增加一定量的N可以彌補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生均勻腐蝕問題，同時局部腐蝕的現象也逐漸減少。進入21世紀，氬氧精煉等一系列的精煉技術得到了快速發展，也得到了大范圍的推廣和應用，伴隨著技術的發展，可以精確地對不銹鋼中的N含量進行控制，通過控制N元素加入量的多少來增強不銹鋼的強度。通過對不銹鋼的成分進行調節，運用一系列先進的精煉技術等環節，可以更加合理控制不銹鋼中N元素的含量，研制出性能優異的不銹鋼材料。例如，現階段在高錳不銹鋼中的N含量最高，可以達到1.3%，主要采用AOD（argonoxygendecarburization，AOD，氬氧脫碳法）冶煉方法實現；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電阻（ESR）方法實現。（2）醫用無鎳（Ni）奧氏體不銹鋼在醫療器械領域，手術植入時往往需要一些特殊的不銹鋼材料。目前，醫療器械領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長期使用，不銹鋼的保護層會逐漸被破壞，其中的Ni離子會不斷被釋放出來，當Ni離子發生富集現象時，就會對細胞造成破壞，或引發細胞發炎等問題。近期，中國科學院金屬研究所制出新型的無Ni奧氏體不銹鋼，主要原理是：在不銹鋼中加入一定數量的N和錳元素，這樣就可以使不銹鋼保持簡單的結構。在生產工藝上，應用真空的感應熔煉設備，可以有效控制氮化物的形成，冶煉出來的無Ni高N不銹鋼質量較高。（3）抗菌不銹鋼在現代社會中，人們不僅滿足于溫飽問題，而且更加重視身體的健康問題和環境問題，這也在一定程度上對抗菌材料的研發起到了推動作用。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，采用先進工藝，使Cu元素析出到產品表面以達到抗菌的目的。在此基礎上，不僅開發了高級廚房用具等一系列產品，還滿足了其他產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品表面受到磨損，其抗菌效果仍然不會發生變化。

二、國內外高品質不銹鋼的發展現狀

高品質不銹鋼不僅對一個國家重型裝備制造業的發展起到了至關重要的作用，也是促進一個國家重點工程建設的重要材料，是一種技術含量比較高的鋼鐵產品。目前，我國的鋼鐵產量居于世界首位，是鋼鐵生產大國，但距離“鋼鐵強國”的目標還有很長的路要走。我國生產的低品質鋼鐵數量較大，高品質鋼的產量遠不能跟發達國家相比較。發展高性能的特鋼產品對于提高現代國防安全，建設高速鐵路以及研制先進、新型武器裝備有著不可替代的作用。特別是在當今我國裝備制造業產業升級的過程中，高品質不銹鋼的需求會越來越大。1.國際高品質不銹鋼產業發展現狀目前，全球高品質不銹鋼的年產量約9500萬t，約占不銹鋼總量的9%左右。世界高品質不銹鋼生產國主要是西歐、美國、日本等發達國家和地區，其高品質不銹鋼年產量約占世界總產量的75%。在生產高品質不銹鋼的國家中，瑞典的產量最高，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%。一些國家在某個領域的特殊鋼品種占據領先地位，高品質不銹鋼研制水平比較高的國家是瑞典和德國。例如，瑞典的高品質不銹鋼在世界不銹鋼產量中的比例最高，瑞典生產的軸承鋼、工模具鋼在國際上占據著重要的地位；另外，法國的不銹鋼以及美國的高溫合金的研制處于世界領先水平。2.國內高品質不銹鋼產業發展現狀從20世紀50年代至今，我國高品質不銹鋼行業取得了許多成果，尤其在改革開放之后，取得了不菲的成績。現階段，我國高品質不銹鋼行業發展得比較完備，技術也比較先進。我國從事高品質不銹鋼研發和生產的企業主要有3類，即國有企業、民營企業、中小型企業。其中，國營的東北鋼鐵集團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不銹鋼生產企業，具有技術和資金優勢，已經基本形成產業鏈；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濟效益。通常來說，國營企業的優勢在于不銹鋼產品深加工領域，民營企業的優勢在于低成本競爭。現階段，我國高品質不銹鋼行業有了長足的發展，但是還落后于發達國家。具體表現為，高品質不銹鋼毛坯的質量達不到要求，導致了嚴重的浪費，鋼材的性能較差。目前，世界上高品質不銹鋼的生產流程主要是轉爐冶煉，必須要充分利用國內現有裝備，同時進行適當改造，加強對產品質量的控制，發展先進的高品質不銹鋼產品，增強產品在國際上的競爭力。

三、高品質不銹鋼材料的發展趨勢

為滿足社會經濟發展的需要，國內外的一些研究人員對不銹鋼材料進行了細致而卓有成就的研究，未來高品質不銹鋼的發展趨勢具體表現為以下的幾個方面：第一，純凈化和細晶化的不銹鋼。機械制造行業對金屬材料純凈化的要求不斷提高，結合先進的工藝，生產出純凈的不銹鋼產品。另外，還可以對材料的晶粒進行細化，對材料的結構進行細致的改造，獲得材料的一些特殊性能，進而擴大不銹鋼材料的使用范圍。第二，高強度的不銹鋼。未來會向大型零部件制造的方向發展，這就要求企業必須要提高不銹鋼材料的強度。通過先進的工藝，提高材料的純度，結合先進的冶煉技術，提高產品的強韌性、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的腐蝕性，發展耐腐蝕不銹鋼是未來金屬發展的趨勢。根據一些特殊行業要求進行研制，使耐腐蝕性的不銹鋼適合化學、海水淡化等行業的要求。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，導致了航空航天業的長足發展。但是，這也對不銹鋼材料提出了新的要求，發展航天航空需要使用大量的耐高溫、高熱的材料。發展耐高溫不銹鋼材料也是未來的一種發展趨勢。

四、結語

隨著市場的發展，高品質不銹鋼也隨之發展，國內外不銹鋼市場已呈現出多元化的趨勢，這也就導致了未來不銹鋼也會向著多元化的方向發展。未來一段時間內，以市場為導向，各種特性的不銹鋼產品將會被研制出來。高品質不銹鋼本身有很多優良的金屬和化學特性，在很多的領域得到了廣泛的應用，例如：能源、石化、電力等領域，隨著高品質不銹鋼種類的增多，其應用的領域也會進一步擴大。近年來高品質不銹鋼在艦船、航天航空器等高精尖行業中得到應用。從可持續發展的角度看，高品質不銹鋼是可以完全回收的綠色材料，將有著廣泛的應用前景。

作者：任朋立單位：中國船舶重工集團公司第十二研究所