奥氏体不锈钢在冷加工时引起加工硬化,同时也会使钢的磁导率增高,因而在要求无磁性的应用上就受到了一定的限制。日本大同特殊钢公司考虑到这种情况,通过无磁性、加工硬化特性和耐蚀性的优化组合,开发了价格低廉而且容易制造的新型无磁不锈钢“DSN6”, 其典型的化学成分(%)为 0.08C-0.3Si-1.5Mn-12Ni-18Cr-特殊元素。
DSN6不锈钢经过冷加工后可得到500HV的硬度, 再经过时效处理则可进一步提高硬度。DSN6的耐蚀性与18-8型不锈钢(304)同等, 在潮湿环境试验、盐雾试验时不会产生锈蚀。这种无磁不锈钢可广泛用于电子元器件、办公自动化机器等方面要求无磁而且耐腐蚀的用途上,也适用于在这类装置上使用的链条零部件等。
高强无磁奥氏体不锈钢是指奥氏体不锈钢中利用锰和氮来代替昂贵的镍而得到的一种资源节约型高强、无磁奥氏体不锈钢。由于其具有高强高韧性和良好的耐腐蚀性。
高强无磁奥氏体不锈钢有较高的强度和韧性及无磁性,还有好的耐腐蚀性,可用于电子电器架、元件、弹性材料、高强螺栓、耐磨丝网、沿海大桥钢筋及高强度设备等,石油钻杆、钻铤、井下钻探等需的无磁高耐蚀耐磨零部件。主要有以下优点:
(1)屈服强度、拉伸强度高和延展性好。
(2)同时具备高强度与高断裂韧性。
(3)高应变硬化潜力。
(4)阻止形成变形诱导马氏体。
(5)低磁导率。
(6)良好的耐腐蚀性能。
强度、断裂韧性、耐磨性、无磁性及耐腐蚀性等方面综合性能良好,从而为其在许多工业及工程领域应用提供了良好的前景。相比一般奥氏体不锈钢,高强无磁奥氏体不锈钢可以达到较高的屈服及拉伸强度,并且在不牺牲韧性的退火状态下,屈服和拉伸强度超过一般AISI200及AISI300系列钢的300~450%。高屈服强度是各种基本硬化机理一起发生作用实现的,这些机理包括固溶硬化、晶界硬化,加工硬化以及析出硬化。
不锈钢可按照使用环境的不同分为以下几种。
1、马氏体系不锈钢
如果是在办公室和家庭等环境下使用的螺丝,可以使用硬度高的SUS410等马氏体系不锈钢作为制作材料。如果是对硬度要求很高的螺丝,可以使用新开发的YUS550等钢种,该钢种添加了N和Mo,耐蚀性高,与SUS304相同,通过热处理后维格硬度达到550Hv左右,可用于制作自攻螺丝和高强度螺钉等。
2、铁素体系不锈钢
如果即使在室内环境中对可靠性要求也高的情况下,可以使用以SUS430为代表的铁素体系不锈钢作为制作材料,它还可以用于制作对成形性和耐蚀性有适度要求的汽车用螺丝。但是,由于SUS304的强度不如奥氏体系不锈钢,且耐蚀性差,因此开发了提高耐蚀性的钢种。LAK51和LAK52都是低C、低N钢,可以减小变形阻抗,且由于添加了Nb元素,增加了Mo和Cr含量,因此提高了耐蚀性,其耐蚀性与SUSXM7相同,并具有很高的冷加工性,可用于制作地脚螺栓和和汽车外装饰用的小螺丝等。另一方面,新开发的LAK53由于具有铁素体+马氏体的双相组织,不仅提高了强度,而且耐蚀性接近SUSXM7,已研究了在螺丝制作方面的应用。铁素体系不锈钢由于不受镍等合金元素的影响,因此可以认为其应用范围还将进一步扩大。
3、奥氏体系不锈钢
普通奥氏体系不锈钢因耐蚀性和成形性的不同,可以分别使用SUS304、SUS316或SUSXM7来制作螺丝。可用于冷锻压的SUSXM7由于尽量减少C和N的含量,因此可以降低变形阻抗,延长锻模具的使用寿命,从而降低制作成本。另外,还开发了添加Cu,增加Ni含量来降低加工硬化性,减小变形阻抗的钢种。最近,还开发了能在海水中长时间使用的超高氮含量的奥氏体系不锈钢DSN9和DSN-PN,其耐蚀性与超级不锈钢相同,采用冷加工能获得高强度,它有望用于螺栓和螺丝的制作。
4、析出硬化系不锈钢
如果即使在室内环境中对可靠性和强度也有很高要求的情况下,可以使用析出硬化系不锈钢的SUS630作为螺栓的制作材质。如果从固溶化处理后的最大时效来看,由于强度超过1000MPa时抗拉强度和韧性没了,尤其是由于延迟断裂和应力腐蚀敏感性强,因此通常可以在过时效状态下使用。虽然它已发展到用于制作建筑结构用的10T高强度螺栓,但由于它是采用热锻压制作,制作成本高,因此开发了冷锻压用的钢种SUS630-S。本钢种在固溶化热处理后的状态下的冷加工性高,时效后的强度和耐蚀性与SUS630相同。
5、耐热钢
SUS410等马氏体系耐热钢从相变点来看,可使用的温度范围在500~600℃。如果使用温度超过此范围,可使用SUS310等奥氏体系耐热钢或SUH660。SUH660可用于制作汽车发动机的排气岐管和涡轮充电器固定用耐热螺栓。关于SUH660,进行了降低生产成本的研究,开发了降低Ni含量的DHN660L和ASL116钢,并应用于实际。另一方面,解决由于存在着与铁素体系不锈钢的热膨胀差而导致螺栓紧固力的下降和使用温度的上升的问题,开发了DHN660H和HRA261S钢。