专家观点|铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢发展与标准纳标问题研究
2020-03-12 11:46:10 作者:作者张维旭 来源:冶金工业信息标准研究院 分享至:

编者按:

冶金工业信息标准研究院成立于1963年,作为国内唯一集冶金信息、标准化服务、媒体宣传以及综合咨询于一体的专业化科研单位,致力于成为政府、行业和企业最可信赖的权威咨询机构。今年以来,新型冠状病毒感染的肺炎疫情持续蔓延,疫情防控成为当前最重要的工作,肺炎疫情打乱了很多既定工作安排。冶金工业信息标准研究院在积极响应落实国家疫情防控工作的同时,邀请部分专家对当前钢铁产业政策、市场形势、行业热点、标准化工作等方面进行总结分析并编撰成文,将陆续发表,以飨读者。


1  前言

奥氏体不锈钢可分为铬镍系奥氏体不锈钢和铬锰系奥氏体不锈钢两个系列。

铬镍系(300系)奥氏体不锈钢以镍为主要奥氏体化元素。它们在多种腐蚀介质中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,因而在化工、石油、海洋、食品、轻工等多种领域具有广泛的用途。但这个系列的钢强度和硬度低,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。

铬锰系(200系)奥氏体不锈钢是往钢种加入锰和(或)氮代替贵重金属镍元素而发展起来的,它的奥氏体化元素,除锰之外还有氮,一般还有适量的镍。钢中锰起稳定奥氏体的作用。由于氮强烈地形成并稳定奥氏体且起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。


2  铬-锰系奥氏体不锈钢发展概况

近年来,我国的不锈钢产量和消费量急剧增长,铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢在国内的生产、使用发展很快。据中国特钢企业协会不锈钢分会发布的2019年中国不锈钢统计数据,2019年中国不锈钢粗钢产量2940.0万吨,其中铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢1022.41万吨,同比增长196.55万吨,增长了23.80%,所占份额为34.78%,同比上升了3.85个百分点。

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图1 2007年-2019年中国不锈钢产量

从图1给出的数据(数据来源于中国特钢企业协会不锈钢分会)可以看出,过去的13年间,中国不锈钢粗钢产量和铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢产量均呈现逐年上升的趋势。2011年可谓是个“分水岭”,2011年以前铬-锰系(200系)的生产主要以窄带为主,2011年及之后几家窄带民企开始陆续生产宽幅板卷,如河南金汇、西南不锈等,宽幅板卷产量增长显著。随着2013年北海诚德、鼎信镍业等民营钢厂陆续开始生产铬-锰系(200系)宽幅板卷,铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢产量突飞猛进,目前占不锈钢总量的34%。已经形成了稳定的市场,在建筑装饰、餐厨具、卫生设备和用具、家用电器、交通运输以及工业部门的设备和部件方面有很广泛的应用。

3 铬-锰系奥氏体不锈钢标准概况

在五大类不锈钢中,目前用量最大的是铬-镍系奥氏体(Cr-Ni-Fe,300系)不锈钢,其次是现代铬系铁素体和马氏体(Cr-Fe,400系)不锈钢,再者是双相(铬-镍-钼系Cr-Ni-Mo-Fe)不锈钢。二次世界大战期间,镍是短缺元素,美国在奥氏体300系不锈钢中开展以锰代替部分镍的铬锰(200系)的研究,于1955年将201和202牌号(铬锰200系)纳入AISI(美国钢铁学会)标准,随后又补入了205牌号,美国ASTM等还纳入了更多牌号。1972年日本将201、202牌号纳入JIS(日本工业)标准,前苏联也将201、202牌号纳入ГОСТ(前苏联)国家标准,中国1975年纳入国家标准,英、德等国仅将201、202中一个牌号纳入该国标准。当时美国宣称的宏伟目标是用美国200系全面替代300系,即201代301、 202代302、204代304、 216代316等等。但半个多世纪过去了,这个愿望并没有实现,因其产量低,用途窄,其中201、202牌号主要用做弹簧结构材料,无磁高强度构件等,且使用量不大,其与304不锈钢相比,虽然强度高,但耐蚀性、成型(冷、热加工)性、焊接性和耐低温性等均处于劣势。近年来,美国铬锰(200系)系产量一直维持在其不锈钢总产量的5%~6%,没有大的发展,欧洲国家产量不足1%。日本在1999年JIS标准修改时,因铬锰(200系)系国内需求和产量急剧减少,在日本已有名无实,另一原因是200系不锈钢废钢,因其锰高不可作为300系不锈钢废钢的回收,给废钢管理带来了灾难,故取消了该钢种。到了2009年日本再次修改JIS标准时,仍未恢复取消的201、202牌号。

我国不锈钢冷轧板带标准GB/T 3280和热轧板带标准GB/T 4237,在1992年版中也列有201和202两个牌号,2007年修订这两个标准时,鉴于当时不锈钢市场出现严重假冒伪劣“200系”不锈钢的情况,GB/T 3280-2007和GB/T 4237-2007中将这两个牌号取消,但是在棒材标准中保留了201和202牌号。2015年再次修订GB/T 3280-2007和GB/T 4237-2007两项标准时仍未恢复取消的201、202牌号。

上世界80年代,印度企业在美国200系基础上,生产了降低铬含量,以锰、氮代镍,并加入铜的铬-锰系不锈钢J1(0Cr15Mn7Ni4CuN)、J4(0Cr15Mn9Ni1CuN),这两个牌号至今未被纳入国际标准。21世纪初,中国一些厂家参照印度J1、J4牌号,生产了以锰代镍并降低铬的和一些铬含量更低、无镍和高锰的不锈钢。我们称这一类不锈钢为“所谓200”不锈钢,是在300系奥氏体不锈钢的化学成分中,以锰代镍,并降低了铬含量,既不符合我国国家标准(已取消),也不符合美国200系成分的板材,中国和印度是该产品的主要生产国。


4  存在的主要问题

4.1 “所谓200”系奥氏体不锈钢材料本身存在的问题

目前国内市场上生产和流通的一些铬锰系(200系)不锈钢,是国内一些生产企业参照印度J1、J4牌号,生产的以锰代镍并降低铬和一些铬含量更低、无镍和高锰的不锈钢,我们称这一类不锈钢为“所谓200”不锈钢。这些不锈钢材料本身存在以下问题:

1)低铬、高锰均带来最差的不锈耐蚀性。不锈钢的不锈性是由钢中铬含量所决定的,没有足够的铬含量就没有不锈钢。“所谓200”不锈钢因降低了铬量,其抗锈性、耐点蚀性均低于304牌号,也低于443、439、430等铁素体不锈钢,仅相当于无镍、少镍铁素体(Cr13、Cr17型)的耐蚀性。

2)“所谓200”不锈钢因高锰有高的强度,冷加工硬化指数也很高,较难冷成型,深冲加工时容易产生延迟断裂。这是以锰代镍造成的后果,失去了300系不锈钢良好的韧性和可加工性。

3)在不锈钢中以锰代镍,仅能从组织上为获得奥氏体,因奥氏体是无磁性的,多数人对不锈钢不了解,认为用吸铁石吸不住就是304不锈钢,“所谓200”以无磁性吸不住假冒304 、301等铬镍奥氏体不锈钢,来欺骗消费者造成不锈钢市场混乱。不锈钢的耐蚀性与有无磁性无关,磁性是物理性能原子结构决定的,老百姓用吸铁石来判定,很容易上假冒伪劣产品的当,这也是以锰代镍造成的后果。

4)由于一些“所谓200”以假冒伪劣乱象充斥国内建筑装饰、五金制品、厨房设备、食用器皿等市场,在使用过程中出现锈蚀和开裂,严重损害了不锈钢行业声誉,特别是在室外建筑装饰中出现了罕见的锈蚀状况。

4.2 无标准规范带来的问题

铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢主要以板材为主,另有一定量的棒材和线材。而在GB/T 3280-2007和GB/T 4237-2007标准中,又将201和202两个牌号取消,致使在2007年-2019年期间,铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢生产和流通一直没有国家和行业标准可依。目前市场上流通的201及由201衍生出来的J1、J2、J3、J4等系列产品,主要调整了Cu、Ni含量,各生产厂家没有统一的铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢标准,执行企业标准和供货技术条件,而且成分有一定的差异。有的企业为了降低成本,无限降低Ni含量和Cu含量。从今天铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢的产量和表观消费量来看,没有标准带来的无序发展为铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢的生产和销售培育了温床。各个生产企业自行制定企业标准,产品质量参差不齐,为了降低成本,成分设计无限探底,甚至没有底限,造成市场严重混乱,生产企业和下游用户苦不堪言。


5  制定标准的必要性和迫切性

2019年两会期间,全国人大代表,太原钢铁集团有限公司党委书记、董事长高祥明接受记者参访时提出:近年来,我国200系不锈钢生产呈扩大趋势。据统计,最近5年,我国200系不锈钢的产量年均增长了近10%,远大于300系和400系不锈钢的增长幅度。截至目前,对200系不锈钢的生产与使用均没有相应成熟的国家或行业标准加以规范,在实际中,200系不锈钢的生产、流通和使用均出现了诸多问题,有些问题还比较突出,在经济和社会领域造成了不良影响。当前我国经济已进入高质量发展阶段。供给侧结构性改革的深入推进、不锈钢产业集中度的进一步提升,为推动不锈钢产品生产和使用标准与国际标准对接、进一步规范不锈钢行业秩序创造了有利条件。并建议,国家相关部门应组织权威机构(如中国工程院等)和专家尽快出台全覆盖、强制性的200系不锈钢生产、加工、使用、回收标准,明确其应用范围,取缔不合标不锈钢,助力国民经济和社会健康持续发展。

如何通过标准有效指导铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢健康有序发展,是当前急需解决的问题。为此,冶金工业信息标准研究院提出制定《铬-锰-镍系奥氏体不锈钢热轧钢板和钢带》和《铬-锰-镍系奥氏体不锈钢冷轧钢板和钢带》两项中国钢铁工业协会(CISA)团体标准,以此推动铬-锰(200系)系奥氏体不锈钢健康有序发展。


6  标准研制

6.1 走访调研

为了做好铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢标准,2019年上半年,中国钢铁工业协会连同钢协团标秘书处承担单位冶金工业信息标准研究院,主要针对铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢各个企业的产量、牌号、执行标准、生产情况及使用情况进行调研,调研单位涵盖山西太钢不锈钢股份有限公司、宝钢德盛不锈钢有限公司、青拓集团有限公司、鞍钢联众(广州)不锈钢有限公司、佛山泰裕达集团等国内铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢典型生产企业和下游用户。

经过走访调研,达成下列共识:

1)各个生产企业及下游用户一致认为,经过多年的发展,铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢的生产技术和实物质量得到大幅度提升,但每年市场上流通的800多万吨产品均是按照企业标准和供货技术条件进行生产和销售,产品质量参差不齐,严重影响了行业的健康有序发展,因此迫切需要对该类产品纳标,规范和引导产品的生产与销售。希望尽快推进落实铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢的标准,采取规范引导生产和应用的方式替代过去不纳标堵的方式。

2)根据我国当前铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢生产和流通情况,制定标准时,应同时考虑国内大量生产与应用的低铬低镍钢种,以便使标准更适合于国内行业情况。

3)对国内大量生产与应用的低铬低镍系钢种,建议设立钢种成分中铬元素的下限、耐蚀性的门槛值(盐雾腐蚀时间、标准点蚀电位等)、夹杂物评级的量化指标及重金属离子析出的上限值。

4)对低铬低镍铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢,依据成分和性能的差异化区别,可设立推荐的用途,以方便下游用户选材。

5)对于社会上担心的铬-锰系(200系)奥氏体不锈钢废钢回收的问题,供应商为了收益的最大化,可根据用户需求进行细分,采用精细化管理,生产厂对于生产过程中的边角料等也可进行精细化管理,基本不存在废钢混淆的问题。

6.2 标准制定过程

在上述背景下,我们提出了《铬-锰-镍系奥氏体不锈钢冷轧钢板和钢带》和《铬-锰-镍系奥氏体不锈钢热轧钢板和钢带》两项中国钢铁工业协会团体标准立项建议。标准项目计划下达后,我们成立工作组,对国内外铬-锰系奥氏体不锈钢的技术现状与发展情况进行全面调研,同时广泛搜集相关标准和国内外技术资料,进行了大量的研究分析、资料查证工作,结合实际应用经验总结和归纳,在此基础上形成了标准征求见稿。

2019年4月25日,中国钢铁工业协会团体标准秘书处对两项项目公开征求社会意见。

2019年4月~5月,中国钢铁工业协会连同钢协团体标准秘书处冶金工业信息标准研究院对国内铬-锰-镍系奥氏体不锈钢典型的生产企业、下游用户进行调研交流,在调研过程中,结合各个相关方所反应的实际情况,与当前国内市场上广泛流通的铬-锰系奥氏体不锈钢牌号及典型的化学成分及力学性能,对标准征求意见稿进行修改和补充,充分考虑了各个典型生产企业的实际情况及市场流通情况,增加了部分产量比较大的牌号。

2019年6月20日和11月19日分别召开两次专题研讨会,针对相关方关切的问题进行深入的研讨。根据两次研讨会讨论结果,完成标准送审稿。

两项标准审定会计划于2020年3月17日召开。


7  几点思考

7.1从目前铬-锰系奥氏体不锈钢标准来看,企业标准是订货的主要依据。团体标准的制定,得到了主要生产企业和用户的参与和认可,将有助于引导市场健康有序发展。为提高标准适用性,标准发布后的宣贯与实施跟踪尤为重要。

7.2团体标准自2018年国家标准化深化改革以来,主要针对解决新产品研发和市场急需的标准缺失问题。《铬-锰-镍系奥氏体不锈钢冷轧钢板和钢带》和《铬-锰-镍系奥氏体不锈钢热轧钢板和钢带》两项中国钢铁工业协会团体标准恰恰解决了当前铬锰系(200系)奥氏体不锈钢市场标准缺失的问题,此两项标准的发布将有效规范市场,符合团体标准的目的和方向。

冶金工业信息标准研究院作为中国钢铁工业协会团体标准秘书处承担单位,同时也肩负着钢铁领域标准化技术委员会国家和行业标准的管理职责,为了进一步规范和引导铬-锰系奥氏体不锈钢产品健康有序发展,目前已经提出相关行业标准的立项计划。我们相信,在国家、行业和消费者的广泛关注下,在生产企业对自身乃至对整个市场的责任感不断增强中,通过标准化的手段,铬-锰系奥氏体不锈钢产业的高质量发展指日可待。

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