1.4301 AISI 304是什么类型的不锈钢？

AISI 304 是属于 300 系列的奥氏体不锈钢牌号。
 

不锈钢的特点是什么？

耐腐蚀性能

 

不锈钢的耐腐蚀性主要取决于铬含量。钢表面形成稳定的氧化铬层，可防止与大部分材料发生化学反应。该氧化层非常薄，厚度为 2 纳米至 3 纳米，是被动的（高度耐腐蚀）、坚韧（能很好地粘附在大块上）和自我修复（破裂或损坏时会变形）。然而，不锈钢在某些情况下会腐蚀。当暴露于酸性溶液（如强硫酸和盐酸）和碱性溶液（如氢氧化钠）时，会发生均匀腐蚀。局部腐蚀可能以点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂的形式发生，例如当暴露于氯离子时。
 

电和磁特性

不锈钢是相对较差的电导体。18 wt.% Cr 的电导率。8 wt.% Ni 不锈钢在 20 °C 时为 1.45 ? 106 S/m，而纯铜为 5.96 ? 107 S/m。

铁素体、马氏体和双相不锈钢被归类为磁性，而奥氏体不锈钢被归类为非磁性。通常用于量化的一个重要值是相对磁导率，磁性不锈钢的磁导率值通常约为 14，而非磁性不锈钢则接近最小值 1。

回收

所有不锈钢都是完全可回收的。由于它们含有大量有价值的元素，例如铬和镍，因此回收废不锈钢实际上极具成本效益。现代不锈钢通常使用 60% 的废料制造，包括回收废料，例如来自消费品和工业设备的废料，以及工业废料，例如制造过程中的边角料。

304是最常见的不锈钢，含有 18% 的铬和 8% 的镍，因此通常被称为 18/8。它用于许多应用，包括餐具、厨房设备、食品加工设备、汽车和航空航天结构部件以及船用紧固件。
 

奥氏体不锈钢的特性

奥氏体不锈钢的特征在于它们的面心立方 (FCC) 晶体结构，这是在铁铬合金中加入足量的奥氏体化元素如镍、锰、碳和氮时获得的。 

奥氏体不锈钢可以生产得非常柔软，屈服强度约为 200 兆帕，它们可以通过冷加工进行强化，这可以将屈服强度提高 10 倍。与铁素体合金不同，它们可以在低温下保持延展性，在高温下保持强度。它们的耐腐蚀性可以从日常使用到高度特定的用途，例如在沸腾的海水中。尽管奥氏体钢在不锈钢中具有优势，但与铁素体合金相比，奥氏体钢的抗循环氧化能力较差，而且它们也容易发生应力腐蚀开裂。奥氏体钢的耐久极限（抗拉强度的约 30%）低于铁素体钢（抗拉强度的约 50 - 60%），这意味着它们更容易出现疲劳失效 [1]。

此外，添加镍的奥氏体不锈钢适用于低温或低温应用。可以添加其他元素，如硅、铝和铌，以赋予钢某些特性，如抗卤化物点蚀或氧化。硫或硒可以添加到某些钢种中以改善其机械加工性 [2]。

下表列出了一些常见等级的奥氏体不锈钢的选定特性（在退火状态下）。

表 1.所选奥氏体钢种的性能

	AISI 201 退火	AISI 205 退火	AISI 301L 退火	AISI 303 退火	AISI 304L 退火	AISI 316 退火
作品	铁 67.5 - 75 %	铁 62.6 - 68.1 %	铁 70.7 - 78 %	铁 66.4 - 74.9 %	铁 64.8 - 74.5 %	Fe 62 - 72 %
	铬 16 - 18 %	铬 16.5 - 18.5 %	铬 16 - 18 %	铬 17 - 19 %	铬 17.5 - 20 %	铬 16 - 18.5 %
	锰 5.5 - 7.5 %	锰 14 - 15.5 %	镍 6 - 8 %	镍 8 - 10%	镍 8 - 12 %	镍 10 - 14 %
	镍 3.5 - 5.5 %	镍 1 - 1.7 %	S 0 - 0.03 %	0.15 - 0.35 %	S 0 - 0.03 %	钼 2 - 3 %
	S 0 - 0.03 %	N 0.32 - 0.4 %	硅 0 - 1 %	硅 0 - 1 %	硅 0 - 1 %	C 0 - 0.08 %
弹性模量	200 GPa 在 20 °C	220 GPa 在 20 °C	220 GPa 在 20 °C	200 GPa 在 20 °C	200 GPa 在 20 °C	200 GPa 在 20 °C
屈服强度	20°C 时为 310 兆帕	20 °C 时为 460 兆帕	20°C 时为 250 兆帕	20°C 时为 240 兆帕	在 20 °C 时为 200 兆帕	20°C 时为 240 兆帕
伸长	20 °C 时为 46 %	20 °C 时为 46 %	20 °C 时为 52 %	20 °C 时为 52 %	20 °C 时为 42 %	20 °C 时为 42 %
抗拉强度	20 °C 时为 660 兆帕	20°C 时为 810 兆帕	20°C 时为 630 兆帕	20°C 时为 600 兆帕	20°C 时为 550 兆帕	20°C 时为 580 兆帕
电导率	1.45E+7 S/m 在 20 °C	——	——	1.39E+7 S/m 在 20 °C	7.54E+7 S/m 在 20 °C	7.54E+7 S/m 在 20 °C
热膨胀系数	1.3E-5 1/K 在 20 °C	1.4E-5 1/K 在 20 °C	1.2E-5 1/K 在 20 °C	1.7E-5 1/K 在 20 °C	1.7E-5 1/K 在 20 °C	1.6E-5 1/K 在 20 °C
导热系数	15 W/(m·K) 在 20 °C	11 - 21 W/(m·K) 在 20 °C	11 - 21 W/(m·K) 在 20 °C	16 W/(m·K) 在 20 °C	16 W/(m·K) 在 20 °C	15 W/(m·K) 在 20 °C
熔点	1375 - 1450 °C	1375 - 1450 °C	1375 - 1450 °C	1400℃	1400℃	1380℃
比热容	500 J/(kg·K) 在 20 °C	460 J/(kg·K) 在 20 °C	450 J/(kg·K) 在 20 °C	500 J/(kg·K) 在 20 °C	500 J/(kg·K) 在 20 °C	490 J/(kg·K) 在 20 °C

奥氏体不锈钢的生产加工

奥氏体不锈钢的生产与其他类型不锈钢的生产工艺基本相同。主要区别在于熔体中混合金属的比例以及用于在钢中实现奥氏体的热处理。制造奥氏体不锈钢的过程可概括如下。

• 原材料（铁、铬、镍等）在电炉中按照所需类型的奥氏体不锈钢所需的特定比例熔化。熔体温度通常高达 1,400°C – 1,500°C，并在该温度下保持长达 12 小时。
• 熔化和混合完成后，根据所需的成品，将钢水浇铸成大方坯、钢坯、板坯、棒材等形式。
• 然后将钢进行热轧成型操作，将钢加热至 1,100 °C（高于其再结晶温度），使其柔软而柔韧，然后通过轧辊，使其成为钢筋、薄板、线材或钢板。
• 下一步是热处理或退火。这是一个精确加热和冷却的过程，以减轻金属内的内应力并保持具有所需性能的特定微观结构。钢加热到的温度、保持在该温度的时间以及冷却的速度和方式对钢的性能都至关重要。
• 退火后，现在可以进行其他后期生产过程，如除鳞、切割和精加工。需要去除氧化皮以消除热处理过程中在不锈钢上形成的氧化皮，可以通过用硝酸-氢氟酸浴酸洗或通过电清洗来完成。

奥氏体不锈钢不能通过热处理硬化（尽管可以通过在钢中添加钛和铜等元素使其更适用于高温来减轻这种情况）。相反，奥氏体不锈钢通常通过加工硬化来硬化。这是通过塑性变形对金属进行强化。

奥氏体不锈钢的应用

除了作为奥氏体不锈钢的突出特性之一的耐腐蚀性外，机械、热和电特性也很重要。对钢的要求的性质，无论是最大载荷、刚度、应变、屈服应力等形式，都必须仔细和彻底地研究。

必须根据钢的具体应用来理解钢的微观结构分析。了解低周疲劳条件下的断裂机制、成核、微观和宏观裂纹扩展至关重要，尤其是对于核应用等高风险系统 [3]。

由于奥氏体不锈钢的高度可定制性，它已被用于广泛的应用，从医疗行业到汽车行业。以下是一些常见牌号的奥氏体钢及其相应的典型应用。

表 2.奥氏体不锈钢的典型应用 [4]。

奥氏体不锈钢	应用
304和304L（标准级）	腐蚀性液体的罐、储存容器和管道 采矿、化工、低温和制药设备 厨房设备和餐具 建筑学
309（高铬镍牌号）	熔炉、窑炉和催化转化器组件
310（高铬镍牌号）
316L（高钼含量牌号）	化学品储罐、压力容器和管道
318（高钼含量牌号）
316Ti（稳定等级）	加力燃烧室 过热器 补偿器 膨胀波纹管
321（稳定等级）
200 系列（低镍牌号）	洗碗机和洗衣机 餐具和炊具 内部水箱 室内和非结构建筑 食品饮料设备

奥氏体不锈钢的牌号和标准

下图显示了各种等级的奥氏体不锈钢。

图 1.奥氏体不锈钢牌号 [1]。 

奥氏体不锈钢的未来趋势

对高温奥氏体不锈钢的需求不断增长，预计到 2025 年市场规模将以相当大的速度增长。其综合性能使其特别适用于汽车、石油、化工等行业的广泛应用、航空航天和能源 [5]。

 预计这一增长的主要部分来自汽车行业，该行业越来越多地使用奥氏体不锈钢来满足可制造性、重量和坚固性的要求。通常，奥氏体钢用于汽车工业制造车架、承重地板、加强件、车身板、油箱、车轮、悬挂臂、齿轮轴和传动轴。预计这一趋势将持续到 2025 年。 为减少碳排放而使用和制造电动汽车的激增也导致对奥氏体不锈钢的需求不断增加 [6]。 

 

亚洲是奥氏体不锈钢的主要消费国，中国、韩国和印度等国家是主要参与者。由于航空和汽车工业的发展，北美的奥氏体不锈钢市场预计将增加[6]。