铁素体不锈钢:性能、等级和应用

铁素体不锈钢下一个最广泛使用的不锈钢类型是奥氏体不锈钢．它们含有很低水平的碳，大量的铬，但很少或不含镍，它们以其延展性，耐腐蚀性和磁性而闻名。它们具有体心立方晶粒结构，不能通过热处理硬化，但可以通过冷加工和退火软化。

铁素体不锈钢分为400系列，根据其成分和用途进一步分为五类。铁素体不锈钢的开发相对较早，但直到20世纪80年代才开始广泛应用，当时铁素体不锈钢成为奥氏体不锈钢的可行替代品，因为铁素体不锈钢因含镍[1]而更加昂贵。

在这篇文章中，你将了解到:

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铁素体不锈钢的性能

铁素体不锈钢的特点是其体心立方(BCC)晶体结构，它们含有11%至27%的铬和少量的铁素体稳定剂，如铌和钛。铁素体合金在达到居里点(650°C - 750°C)时表现出铁磁性，超过该温度材料将失去其永久磁性。

铁素体合金在室温下与纯铁相同的BCC晶粒结构是其具有磁性的原因。铁素体不锈钢，类似奥氏体不锈钢，不能通过热处理[1]强化。

铁素体不锈钢的耐腐蚀性不如奥氏体钢，但它们仍然具有非常好的耐腐蚀和抗氧化性。它们具有良好的抗应力腐蚀开裂性能，通常比奥氏体合金具有更好的工程性能，包括延展性和成形性。铁素体合金虽然具有可焊性，但存在热影响区开裂等问题。

表1。所选铁素体不锈钢的性能。

铁素体品位的磁性是其许多应用的主要优势和促成因素。例如，紧固部件和感应加热都在电磁炉和磁性紧固件的生产中利用了这种特性。

铁素体合金还具有比奥氏体合金更低的热膨胀系数和更高的热导率，这使得它们特别适合于传热应用，如烹饪用具。

一些铁素体不锈钢的耐腐蚀性能足以取代304奥氏体钢，可用于生产洗碗机、厨房水槽和食品加工设备。

一些特殊级别的铁素体不锈钢含有额外的钼和更高的铬含量，这使得它们在腐蚀性海水应用中非常有用。

铁素体不锈钢的一组独特的性能使它们在汽车行业而且核反应堆．

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铁素体不锈钢分为AISI 1至5级，其中1至3级为标准级，4和5级为专业级。标准等级是最常用的，而特殊等级只在特殊情况下使用。

表2。常用铁素体不锈钢[4]的分类及组成。

超铁素体合金是低碳/含氮等级，含有较高的铬(高达30%)，钼(高达4%)和镍(高达2%)。尽管由于钛的稀缺和昂贵，超铁素体合金最初在20世纪70年代被开发出来，作为海水和高氯化物应用中钛的可能替代品，但它并没有被证明是一个受欢迎的选择。

现在，超铁素体合金正在被探索作为超奥氏体合金的替代品，因为镍和钼的价格飙升，因为它们在奥氏体等级的生产中需求很高。E-Brite^®, Monit^®和SEA-CURE^®是一些商用超铁素体合金[5]的例子。

组1:这一组含铬量最低，因此是最便宜的。这类钢的耐腐蚀性有限，因此它们被用于一些可以容忍局部生锈的应用。

组2:这一组构成了铁素体不锈钢使用的绝大多数。这些钢具有较高的铬含量，因此具有比第1组铁素体钢更好的耐腐蚀性。

第三组:这组铁素体不锈钢具有比第2组更好的焊接性和成形性，在某些应用中可以作为304奥氏体不锈钢的替代品。

第四组:这组特殊铁素体不锈钢具有较高的钼含量，这有助于增强其耐腐蚀性。

组5:该基团是特种基团的第二个成员，它有很高的铬含量，同时也添加了钼，这使它具有非常好的耐腐蚀性和抗结垢性。

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［1］查尔斯等人。”铁素体不锈钢家族:镍挥发性的合适答案?”,Revue de Métallurgie，卷106,3，页124-139,1959年1月。

[２]《不锈钢导论》，在合金文摘资料手册:不锈钢，ASM国际， 2000，第584页。(在线)。可用:https://www.asminternational.org/documents/10192/1849770/06940G_Chapter_1.pdf/53f29213-5dd6-4499-9959-841477b385b9．

[3] T. Bell，“铁素体不锈钢。”ThoughtCo, 2020年2月5日。(在线)。可用:thoughtco.com/metal -配置-铁素体不锈钢-钢- 2340133．

[5] D. S. Janikowski和W. Henricks，“超铁素体不锈钢-热传导管的成本效益答案，”国际海水淡化协会世界大会，参考编号:MP07-016。(在线)。可用:https://www.plymouth.com/wp-content/uploads/2017/03/Super-Ferritic-Stainless-Steels.pdf．