如何制造廉价而不生锈的钢铁

2020-05-22 06:24:15 来源: 双鸭山信息港

从炒菜锅到家电产品、汽车部件,不锈钢的用途十分广泛。随着材料价格暴涨,生产成本增加,从工业到日常生活都有可能受到影响。因此,各钢铁企业都在踏实发展“不生锈的钢铁”。

最贴近日常生活的钢铁是什么?虽然开车的人和不开车的人会给出不同的答案,但要说起人人触手可及的东西,恐怕要数水槽、锅具等厨房用品。

作为材料使用的钢材叫做“不锈钢”,人们早已司空见惯。

不锈钢与普通钢相比,具有不易生锈的特点,因此,用途十分广泛。除了厨房用品、家电产品之外,抗腐蚀性强的不锈钢对于汽车消声器等部件也必不可少。

包括运动场和机场的构造物在内,安装后难以更换的设施同样大量使用抗腐蚀性极高的不锈钢。

恐怕很多人都以为不锈钢就是“不生锈的钢铁”。厨房的水槽确实不会生出斑驳的红锈。但这个名称的来源其实是“Stain Less Steel”。也就是“不易生锈的钢铁”。其实,不锈钢并不是不生锈,只是腐蚀的速度慢。而怎样抑制腐蚀,正是钢铁厂商展现技术开发能力之处。




如今,不锈钢迎来了技术革新。首先,出现了更不易生锈的钢材。另一大重点则是生产不锈钢的成本已经变得比以前更低。

给寿司浇上酱汁好不好吃?

答案恐怕是不好吃。但有一家公司却利用这种方法,开发出了新型的不锈钢。那就是由新日本制铁公司与住友金属工业公司将不锈钢业务合并后共同出资成立的新日铁住金不锈钢公司。

反向利用使钢铁容易断裂的材料

该公司于2010年7月推出了在铁的基础上,铬重量比为14%、锡为0.1%的新型不锈钢“FORWARD ONE”。

这种钢材的突破在于添加了铁和锡。商品开发部长竹下哲郎称,锡一般具备使钢材变脆的性质。因此“去除是首要任务,没人想到过添加”。

添加锡为什么能够制造出不生锈的钢铁?这要从研究人员的猜想说起。

不锈钢虽然外表一样,但大致分为两种。成分含镍的“镍类”和不含镍的“铬类”,区分方式是前者能吸住磁铁,而后者不能。

二者的晶体结构也大相径庭。钢材一般是把钢胚(粗钢)加热到1200度左右之后进行滚轧,制成钢板和钢带。在加热过程中,以大约900度为界,晶体结构会从“铁氧体”向类似金、银的“奥氏体”转变。

镍类的不锈钢即使加热后冷却,也会保持奥氏体的晶体结构。因此,镍类有“奥氏体类”、铬类有“铁氧体类”的别称。

混合了锡的钢铁在高温下容易断裂。但这是晶体处于奥氏体状态时的情况。住金的研究人员发现,对于铬类(铁氧体类)不锈钢,锡没有任何负面影响。

之后,住金和新日铁在200 年合并不锈钢业务。启动了新的不锈钢开发。

通过镀锡防腐蚀的“马口铁”早已普及。在铬类不锈钢中添加锡进行验证的结果显示,抗腐蚀性有了飞跃性提高。不锈钢在铬膜被氯等元素侵蚀后,内侧的铁便会生锈。在铬膜中加入锡后,可以形成更结实的膜。

根据以上结果,再加上制造方法的改进,“FORWARD系列”终于诞生了。 上图是新日铁住金不锈钢把FORWARD系列钢板(左)在盐水中浸泡检测抗腐蚀性的结果。与只添加了14%铬的钢板(右)相比,添加0.1%锡的新钢板受到的腐蚀极少。

不锈钢的铬含量越高,抗腐蚀性越好。FORWARD系列虽然只有14%的铬,却拥有与铬含量为18%的代表产品“SUS4 0”相同的抗腐蚀性。该公司还推出了含有16%铬、0. %锡的“FORWARD TWO”,其抗腐蚀性足以匹敌镍类的代表产品,抗腐蚀性极高的“SUS 04”。技术研究员大村圭一信心十足地表示,“FORWARD系列将替代现有的不锈钢”。

JFE凭借铜决胜负

在提高钢铁的抗腐蚀性方面,JFE钢铁公司也毫不逊色。

其代表产品是“JFE44 CT”。特点在于使用了铜。

这是一种在铁中混合了21%的铬、0.4%的铜、0. %的钛的铬类不锈钢。在过去,该公司曾经通过添加钼提高抗腐蚀性,这一次铜起到了相同的作用。

“我们一直把开发不使用稀有金属的高性能不锈钢作为目标”,JFE钢铁不锈钢部门部长柳沼宽说道。这款产品于2005年开发成功。2010年成为了日本工业标准(JIS)的认证产品。

柳沼表示,这是在“不锈钢的大敌——盐分和高温高湿俱全”的冲绳海边曝晒4年的结果。与镍类的原有产品(右)相比,JFE44 CT(左)虽然锈迹斑斑,却基本没有被腐蚀。柳沼自信地表示,“即使在不锈钢必不可少的长期验证中,抗腐蚀性也得到了证明”。

不锈钢过去之所以不使用铜,是因为铜会使钢材在“热轧”工艺中容易断裂。

但是,通过调整钢材的成分,问题已经得到了解决。

JFE的不锈钢沿袭了前身,即过去的川崎制铁的传统。

虽然竞争对手日新制钢和新日铁的产品从镍类到铬类一应俱全。但JFE却拥有直接添加铬矿石生产不锈钢的自主技术。因此,该公司在2005年决定专注于铬类。

在全球每年 000万吨的不锈钢需求中,铬类占 0%左右。但日本市场并非如此。由于汽车的排气部件等方面大量使用不锈钢,因此,铬类的需求高达约5成。再加上今后新兴国家的需求中,铬类的比例有望增加,JFE正在向高功能产品的开发倾注全力。

应对价格加倍的现实

其实,各公司致力于开发新型不锈钢是出于材料的价格问题。用于提高抗腐蚀性的镍、铬、钼等金属正面临全球性涨价,即使投产也难以保证效益。

与2009年1月相比,铬的现价约是当时的1.6倍。出于国际性供应过剩的预测,镍的价格虽有走低趋势,但也大约是当时的2倍。

各不锈钢公司在制定产品价格时,采用的是原则上直接反映镍和铬原料价格变化的“附加费制”。

只要原料涨价,产品价格就会上涨,但一般来说,SUS 04的价格是镀锌钢板的 倍以上。如果直接在价格中反映原料的涨幅,放任不锈钢产品涨价,甚至有可能吓跑顾客。

在人类历史上,钢铁一直稳居材料之王的宝座,这是因为其价格低廉、加工容易,在通用性上广受认可。作为材料的功能可以通过添加物改变。添加 0%的铬虽然可以制成完全不会腐蚀的钢材,但价格一旦过高,就会丧失“通用性”这一最大的特点。

兼顾“低价格”与“高功能”可谓是钢材厂商最大的课题。不锈钢产品虽然在日常生活中司空见惯。但在其背后,却有着钢铁工作者提高抗腐蚀性、平抑价格这一永不生锈的钢铁精神。记者:加藤修平连云港治疗白斑病费用
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