200系列不锈钢的应用分析
200系列不锈钢的应用分析
翟瑞银 张国儒 徐芳泓
摘要：本文通过对201和304不锈钢力学性能、耐蚀性能和焊接性能的对比，确定了201不锈钢的适用范围，并结合我国国情，分析了发展200系列不锈钢的有利条件。
1、前言
不锈钢是国民经济发展必不可少的重要金属材料，随着人民生活水平的提高，不锈钢市场需求日益增加。据市场预测，到2010年世界不锈钢的产量将达到2500万T，其中板材的消耗占到70%。
我国是不锈钢的主要消费国之一，2001年我国不锈钢的表观消费量已达到220万T，成为世界第一大消费国。但是，2001年国产不锈钢只有约67万T，绝大多数不锈钢均需进口，中国作为不锈钢消费大国和生产弱国的情形再次显现。
200系列不锈钢，是以锰、氮代镍奥氏体不锈钢。它在很多方面的性能与Cr-Ni系不锈钢中的304相当，并且在有些方面的性能还优于304型。
我国是铬、镍资源相对贫乏的国家，不锈钢的发展近几年虽然较快，但人均消费与世界平均水平还有较大差距。结合我国农村地区人口比重大，总体国民经济还比较落后的实际，物美价廉的200系列和铁素体不锈钢将有广阔的市场。
2、201与304的比较
201和304不锈钢分别为200和300系列不锈钢代表钢种，现将其力学性能和耐蚀性能进行比较，以便有选择地使用。
2.1 成分控制比较
表1为201和国标304化学成分的对比。201和304均为奥氏体不锈钢，其碳、硅、铬成分控制范围相近，201不锈钢锰、氮控制水平远高于304不锈钢，但鹭元素镍的含量较304低3个百分点以上，因此，201的生产成本较304低许多。
表1 201和304不锈钢化学成分对比/%
| 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | N |
| 201 | ≤0.08 | ≤1.0 | 5.9-7.5 | ≤0.060 | ≤0.030 | 16.0-18.0 | 3.5-5.5 | ≤0.25 |
| 304 | ≤0.07 | ≤1.0 | ≤2.0 | ≤0.035 | ≤0.030 | 17.0-19.0 | 8.0-11.0 | - |
2.2 耐蚀性比较
2.2.1 晶间腐蚀性能
201和304试样用H2SO4-CuSO4法试验结果见表2。H2SO4-Fe2(SO4)3法检测的退火态201和304不锈钢的腐蚀率分别为1.74mm/y和1.40mm/y。可见，201及304在退火状态时耐晶间腐蚀性能差别不大。这主要是因为氮的加入，能优先沿晶界偏聚，从而抑制并延缓Cr23C6的析出，降低了晶界处铬的贫化程度，从而提高了201不锈钢的耐晶间腐蚀性能。
表2 201和304不锈钢晶腐蚀结果
| 钢种 | 状态 | 结果 |
| 201 | 退火 | 无裂纹 |
| 201 | 敏化 | 无裂纹 |
| 304 | 退火 | 无裂纹 |
| 304 | 敏化 | 无裂纹 |
2.2.2 耐点蚀性能对比
按GB4334.7和GB4334.9两种试验方法在实验室分别测定201和304不锈钢的耐点蚀性能，结果示于表3中。可见在某种介质中201的耐点蚀性能优于304，介质变化后，304又优于201。这可能与成分控制的差异有关，在实际应用中，可有选择地使用。
表3 不同试验方法的试验结果
| 钢种 | GB4334.7 FeCl3试验 | GB4334.9 | NaCl试验 |
| 击穿电位Eb(mV) | 保护电位Ep(mV) | ||
| 201 | 40.28mm/y | -117 | -165 |
| 304 | 29.03mm/y | -35 | -128 |
2.2.3 盐雾腐蚀
201和304冷轧不锈钢板，经24h盐雾实验，均未见锈蚀。可见，201和304耐大气腐蚀性能相当。
2.3 焊接性能
201与304一样可焊性强，无丝、有丝焊接均能便利操作，采用焊丝与304不锈钢接近。太钢生产的201不锈钢冷轧板大部分用于焊管，用户反映焊接性能良好。
3、发展200系列不锈钢的有利条件
3.1 市场
由201与304的各种性能对比可见，除强氧化性介质、强酸和低温条件外，大部分304不锈钢的使用场合，均可用201替代，尤其是民用场合，更适合201不锈钢的使用。
3.2 资源
我国属于铬、镍资源贫乏的国家，尤其是贵重金属镍更是缺乏。金川镍业公司是中国最大的镍生产企业，生产镍量只有近6万T。我国生产的镍即使有70%用于生产不锈钢，与日后我国形成200万T不锈钢（镍钢按80%计）生产能力相比，镍的缺口近5万T（不锈钢生产按30%返回比计），需要大量进口镍。若160万T镍不锈钢中，有20%用200系列不锈钢替代，则年节镍可达1万T左右。
因此，大力开发和推广200系列不锈钢，符合我国资源状况。
3.3 价格
不锈钢产品的成本构成中，原料成本占70%左右，按全装入法计算，304不锈钢的70%的原料成本是镍的价格，即镍几乎占不锈钢生产成本的50%。即使考虑一定比例的返回比，由于我国不锈钢废钢资源缺乏，价格较高，镍价也要占到不锈钢生产成本的40%左右。
200系列不锈钢由于采用锰、氮代镍，原料成本可大幅度降低。经计算，201的原料价格可比304不锈钢的原料价格降低20-25%。因而，201与304比有明显价格优势，同时201不锈钢的镍含量比较低，抵御国际镍价对不锈钢价格冲击的能力较强，201不锈钢的市场价格容易稳定。
另外，由于201不锈钢室温抗拉温度和屈服强度均高于304，理论上还可节约不锈钢钢材使用量，降低不锈钢直接用户的使用成本。
3.4 工艺技术成熟
随着我国不锈钢生产装备和工艺技术的进步，200系列不锈钢的生产工艺已基本完善和成熟。太钢已能批量供应201不锈钢冷轧产品，其产品化学成分和力学性能稳定，可满足各行业的需求。
太钢201不锈钢冷轧板的生产工艺流程为：电弧炉化钢??AOD炉精炼??连铸板坯??板坯修磨??热连轧制??廿辊轧机冷轧。
太钢产201不锈钢的化学成分控制结果如表4所示，力学性能见表5。
表4 201不锈钢化学成分控制结果/%
| 成分 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | N |
| 平均值 | 0.055 | 0.51 | 6.51 | 0.021 | 0.007 | 16.91 | 4.70 | 0.1567 |
| 范围 | 0.035-0.072 | 0.32-0.83 | 5.93-7.39 | 0.014-0.029 | 0.006-0.012 | 16.43-17.78 | 4.33-5.8 | 0.1024-0.2282 |
表5 201不锈钢冷轧板力学性能
| 项目 | σ0.2/MPa | σb/MPa | δ5/% | HV |
| 平均值 | 355 | 758 | 67 | 235 |
| 范围 | 270-445 | 720-810 | 50-72 | 194-243 |
4、结束语
1）除强氧化性介质、强酸和低温条件外，201与304不锈钢的力学性能、耐蚀性能和焊接性能相当。
2）201不锈钢冷轧产品在许多使用场合，尤其是民用场合，可以替代304不锈钢使用。
3）201不锈钢比304相比，具有市场、资源和价格等方面的优势。因此，推广201不锈钢的使用不但符合我国国情，而且是非常必要的。
