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NAR-FC-3— 一种新开发抗腐蚀性铁素体不锈钢 S. Akiyama, S. Kiya, K. goshokubo, K. Yokoyama, K. Hirahara, H. Hoshi 摘要 一种高抗腐蚀的铁素体不锈钢—NAR-FC-3开发出来，其主要用途是汽车装饰，电器应用和建筑装修新的钢种的主要成分是低C-20%Cr-0.8%Mo-0.5%Cu-0.5% Nb, 该钢显示出优越的抗大气腐蚀和抗锈蚀能力，特别是在光亮退火的状态下，其抗腐蚀性能更加优越同时，成形性和抗皱性能要比SUS430和SUS434好的多 简介 通用耐用消费品不锈钢在日本不锈钢总需求中占的比例非常高，达50%耐用品与日常生活用品有非常紧密的关系，包括厨具、家电、家装和办公装饰，结构材料，和汽车装饰部件 与化工设备等专用具有特殊性能的不锈钢不同，用在耐用消费品领域的不锈钢要求高的抗锈蚀性、成形性和焊接性能并且价格合理 最常用的耐用消费品不锈钢是SUS304奥氏体不锈钢SUS430和SUS434是铁素体不锈钢，由于其有光泽，坚硬或者由于价格比较低，虽然抗锈蚀能力比SUS304低，但也有一些应用 虽然高纯铁素体不锈钢是新品种，但在耐用消费品中现已广泛应用，特别是在抗腐蚀的大气环境中。

从几年前Nippon Stainless Co., Ltd开发的NAR-160（低碳17%，Cr-0.5%, Cu-0.5%Nb）品种以后，由于有非常好的成形性，退火后高的光泽度，和高的抗腐蚀性，在汽车装潢方面已经代替了SUS434它也可广泛用于家电和厨具 和常用消费品一样，耐用消费品的需求是经常变化的，及时地放映了不同时期的需求变化如家用电器和厨具，向着高质量和多样性发展作为一种稀有材料，不锈钢要比其他材料具用更高的功能性和装饰性能如汽车装饰件，通过提高抗锈蚀性得到高质量和装饰性能，以达到2至3年后的汽车的一次检修 在这种情况下，我们开发了一种比NAR160抗腐蚀性更好的，具有广泛用途的铁素体不锈钢现在这一工作已经完成，而且我们已经成功批量生产NAR-FC-3，这种钢提高了抗腐蚀性却不像NAR-160一样降低了成形性 开发工作和NAR-FC-3的特点在下文中描述 合金的设计概念 现在用的NAR-160钢的化学成分很好地达到了性能的要求，如表1所示新开发的钢也是用于相同的耐用消费品领域，但它设计的抗腐蚀性能要比NAR-160更好总之这一新钢种的基本设计思路具有普通钢一样好的综合性能，如表1所示。

因此，我们试着保留NAR-160钢的所有优良的性能，同时优化化学组成以提高新钢种的抗腐蚀性，同时尽量保持其原有高的成形性（在提高抗腐蚀性时容易损害其成形性能） 表1 NAR-60与高级钢的开发目标 因此，新钢种设计基本概念是加入0.5%Cu，以提高抗腐蚀性能和成形性，利用低温热轧以避免压力成型过程中出现粘钢，加入大约0.5%Nb以保证表面质量和光洁度以符合装饰的需要，这对新钢种的应用非常重要同时尽量降低C和N的含量适当提高Cr的含量并加入适量的Mo以提高母材本身的抗腐蚀性 同时，为了避免因增加Cr和Mo引起的硬化和成形性降低，我们在从熔炼到最终的热处理的生产过程中选择了优化组合 由于把新钢种定位在现存的标准钢的位置，因此我们把新钢种定位在SUS436（低碳-17%Cr-1%Mo-稳定元素）（as stipuled in JIS G4307）和SUS444钢（低碳19%Cr-2%Mo-稳定元素）之间 实验方法 实验材料 用高频真空感应炉冶炼不同Cr、Cu和微量元素含量的试验钢锭这些钢锭经过不同状态的热轧、冷轧和热处理以试验抗腐蚀性和成形性之间的关系 作为对比性材料，我们选择了SUS430，SUS434，SUS444，SUS304，SUS316和已开发成功的NAR-160。

对于实验材料的表面试验，考虑到新钢种将用于整洁和装饰件，我们试验了正常退火/侵泡抛光、#600研磨抛光，和光亮退火（下文为BA） 实验方法 有很多抗腐蚀试验方法，方法的选择主要决定于想要达到的目的和应用环境重点强调的是抗锈蚀能力，这对新钢种是否能作为耐用消费品尤其重要因此我们选择了干性和湿性的大气暴露试验，（地点在海边的Joetsu城，时间6个月），并用孔隙腐蚀试验，这对光亮退火的试样是最好的抗腐蚀实验方法通过电化学抗腐蚀试验方法，试验了抗点蚀和缝隙腐蚀性能 做冷拉伸试验以检测其成形性，并测量了γ值作为深拉伸性能的参考我们做了深拉性能试验和液压膨胀试验以检测伸张成形性通过20%沿拉伸应力观察钢板的表面状态以试验抗皱特性 在上述试验的基础上，我们设计了新的钢中-NAR-FC-3该钢用80吨电炉中冶炼连铸进行批量生产批量生产的光亮退火材料的性能得到了肯定 实验结果 抗腐蚀性 增加Cr和Mo的含量是提高抗腐蚀性的最好方法图1表示在大气暴露试验时Cr和Mo的含量和级别数的关系图2显示的是Cr和Mo的含量和点蚀的关系虽然对于大气暴露腐蚀和点蚀的效果不一样，但Cr和Mo有效提高抗腐蚀性的特性已经得到了充分肯定。

图3和4是Nb和Cu的含量对点蚀的影响当Nb/（CN）的含量在15-30%，Cu的含量在0.4%以上时，抗点蚀效果最好 图1 低碳铁素体不锈钢在Joetsu暴露6天后Cr和Mo含量对级别数的影响 图2 低碳铁素体不锈钢在60℃ 0.01M NaCl溶液中腐蚀试验时 Cr和Mo含量对点蚀的影响 图3 低碳17%Cr-0.5%Cu钢在60℃ 0.01M NaCl溶液中腐蚀试验时 Nb含量对点蚀的影响 图4 低碳19%Cr-0.5%Mo-0.5%Nb钢在60℃ 0.01M NaCl溶液中腐蚀试验时 Cu含量对点蚀的影响 在杂质元素中，低S含量对防锈的效果尤为显著图5显示在干湿试验中S含量对锈点数目的影响S含量越低越好 图5低碳17%Cr-0.5%Cu-0.5%Nb钢在干湿试验后S含量对锈点数目的影响 （5%NaCl水溶液，50℃，浸泡25min-干5min，400次循环 ） 成形性 虽然Cr和Mo提高了抗腐蚀性，但也明显的影响了其成形性如图6所示，随着Cr和Mo的含量增加，钢的硬度提高，成形性下降 另一方面，添加0.5%的Cu 添加0.5%的Cu，可以提高延伸值，γ值，C.C.V和卷曲性能。

加入0.5%的Nb也可以提高成形性 图6 Cr和Mo的含量对低碳铁素体不锈钢的机械性能的影响 生产工艺和性能的关系 （1）提高抗皱性 高纯铁素体不锈钢在高温时具有稳定的铁素体相因此在生产过程中由于没有相变而没有机会晶粒细化由于铁素体晶粒粗化，当钢板压力成型性称部件时出现“起皱”趋势如果加入适量的Nb，热轧状态时出现起皱的范围受到很大影响冷轧（Tf<780℃）可以明显提高抗皱性当再用高温短时间退火（950-1000℃）时，可以得到比SUS430或含Ti不锈钢更高的抗皱性能 一部分实验材料用于试验确认当上述两项工艺结合使用时，对于新钢中加入Cr和Mo是否有效 图9显示的是热轧的终轧温度对新钢“起皱”级别的影响虽然只有很少的数据，但可以发现低温热轧对于提高新钢抗皱性能有很好的效果 （2）提高抗腐蚀性 众所周知，BA工艺对于BA不锈钢的抗蚀性和表面光洁度有非常大的影响，并且BA工艺与BA大气的露点紧密相关如此强的相互关系是由于光亮退火时产生的氧化层厚度和结构不同，从而影响抗腐蚀性和光洁度因此，我们选择最佳的BA工艺使新钢有最高的抗腐蚀性 图7 Cu含量对低碳17%Cr-0.5%Nb钢成形性的影响 新钢的成分和性能设计 钢的化学成分和微观组织 从上面的基本试验结果，我们确定了NAR-FC-3钢的化学成分，如表2所示，在这种成分组成下，该钢具有最高的抗腐蚀性，同时保持了普通钢种的成形性。

表2 NAR-FC-3与商业用钢的化学成分（wt%） 钢 C Si Mn P S Cr Mo Cu Nb Ti 通常* 0.01 0.5 0.2 0.02 0.001 20 0.8 0.5 0.5 - NAR- FC-3 典型*20.013 0.53 0.25 0.026 0.001 20.38 0.83 0.44 0.49 - NAR-160* 0.01 0.5 0.5 0.02 0.001 17 - 0.4 0.5 - SUS 430*3≤0.12 ≤0.75 ≤1.00≤0.040≤0.03016.00 ~18.00- - - - SUS 434*3≤0.12 ≤1.00 ≤1.00≤0.040≤0.03016.00 ~18.000.75 ~1.25- - - SUS 436*3≤0.025 ≤1.00 ≤1.00≤0.040≤0.03016.00 ~19.000.75 ~1.25- Ti, Nb, Zr 8×(C+N)~0.80SUS 444*3≤0.025 ≤1.00 ≤1.00≤0.040≤0.03017.00 ~20.000.75 ~2.50- Ti, Nb, Zr 8×(C+N)~0.80*一般成分 *2 80吨电炉生产的商业用钢 *3JIS G 4307的成分范围 含有这些元素的钢用80吨电炉冶炼（AOD）。

连铸板坯经过低温热轧，冷轧，并经BA处理得到0.4mm钢版照片1是NAR-FC-3的微观结构可以看出，其微观组织由铁素体相和稳定的Nb(C，N)相组成，没有有害的Cr23C6颗粒分布 新钢种的抗腐蚀性 这里描述了新钢种的性能表3列出了大气暴露试验和Ferroxy1试验以试验NAR-FC-3的抗锈蚀能力照片2是6个月后的结果 表3 NAR-FC-3与商业用钢的防锈性能 钢 大气暴露试验* （等级数） Ferroxy1试验*2（等级数） NAR-FC-3 10 10 NAR-160 70 8 SUS 430 6 3 SUS 434 6.5 3.5 SUS 304 9.5 10 * 试验地点：Joetsu市 暴露时间：6个月 *2试验溶液：0.1M K3Fe(CN)6+0.7M NaCl，23℃ 图10和图11是在0.01NaCl的盐水中的点蚀和缝隙腐蚀电化学试验的结果 从实验数据中可以看出，新钢种的抗蚀性能比SUS434，NAR160C或SUS304高，甚至与SUS316相当根据ESCA方法分析BA层的结果，即使是批量生产的BA钢，表层的薄膜含Fe量低，富集了Cr和Si这就很好地解释了基体材料和BA处理的钢都有很好的抗锈蚀性能。

像NAR-160一样，由于新钢加入了Nb进行稳定化，完全避免了敏化现象的出现图12和13是不同钢种在沸腾的浓盐酸和硫酸中的腐蚀情况 新钢种的成形性 表4列出了NAR-FC-3的机械性能和成型性由于加入了Cr和Mo，其硬度比NAR-160稍高，但塑性与其相当新钢的成形性和抗皱性与NAR-160相同，但比一般的商业用钢如SUS430和SUS434要好得多，因此，该钢具有与普通钢完全一样的成形性能 表4 NAR-FC-3与商业用不锈钢钢的机械性能和成型性 机械性能 成型性 钢 0.2% Y.S. (kgf/mm2) T.S. (kgf/mm2)El. (%)硬度(HV)ErichsenV.(mm)胀型高度(mm)n r ( r ) 等级 NAR-FC-3 35.7 54.0 30.4 161 9.2 29.5 0.18 1.85 A',B,BNAR-160 35.4 52.4 30.5 155 9.4 29.4 0.18 1.99 B,B,BSUS 430 37.5 52.1 28.3 164 8.6 27.3 0.16 1.12 B' SUS 434 39.6 57.3 26.1 168 8.0 25.9 0.17 1.45 B' SUS 304 25.8 64.8 60.2 169 12.4 38.3 0.44 1.08 - * 拉伸试验件：JIS Z 2201，1。