小型钢厂 AISI 416 不锈钢的开发（第一部分）

在许多应用中，材料的交货条件对退火硬度、淬火和回火条件下的强度以及耐腐蚀性和抗氧化性等机械性能提出了非常严格的要求。本文概述了马氏体不锈钢AISI416的熔炼工艺，该钢是所有不锈钢品种中加工性能水平最高的钢种。通过感应炉熔炼，并调整锻造过程中的操作工艺参数，成功开发出AISI416不锈钢。 AISI416不锈钢适合热处理，易于加工，从而降低其机械加工成本。这种钢的低摩擦性能可减少磨损和卡住，这意味着它在许多应用中被认为是最经济的不锈钢品种，甚至可能在许多未来应用中取代 AISI410。

AISI416属于铁素体-马氏体钢，与AISI410非常相似。其铬含量比AISI 410多约0.5%，并含有至少0.15%的硫。碳提供所需的强度，铬提高其耐腐蚀性，硫提高其加工性能。由于影响因素较多，如显微组织、晶粒尺寸、热处理、化学成分、硬度、拉伸和屈服强度，以及其他物理性能包括弹性模量、导热系数、热膨胀系数和加工硬化特性，因此很难来预测其加工性能。其他重要的影响因素还包括操作条件、刀具材料和几何形状以及加工工艺参数。

硫以FeS的形式完全溶解在钢中，熔点为1190℃，但在低温平衡时，形成FeFeS共晶，熔点为983℃。因此，在加热锻造时，这种低温共晶会在晶界处析出并熔化，使钢产生热脆性。我们建议将 FeS 转化为 MnS，因为 MnS 完全溶于 Fe。 MnS的熔化温度约为1400°C，但与FeS不同的是，当熔池中的氧含量较高时，它不会在晶界形成任何低熔点共晶。

镇静钢是指在铸造前通过添加添加剂进行充分脱氧，使凝固过程中不产生气体析出的钢。其特点是化学均匀性高，无气孔缺陷。这种钢因在模具中安静凝固而无气泡而被称为“镇静钢”。为了便于识别，使用“K”作为标记。在这项研究中，铝被用作脱氧剂；铝与钢中溶解的气体反应形成氧化铝。氧化铝的沉淀为钉扎晶界提供了额外的好处，从而防止热处理过程中的晶粒生长。

AISI416 是一种铁素体-马氏体型钢，在锻造过程中同时存在δ铁素体和奥氏体。 δ铁素体对热加工性能有害，特别是在低温下，因此Si、Cr等铁素体形成元素的含量应尽可能低。然而，为了保持Cr的收得率，Si含量应保持在0.30%以上。可以使用硫熔棒、FeS（黄铁矿）或 MnS（磁黄铁矿）将硫添加到钢中。由于存在空气污染和火灾的风险，不建议直接使用硫磺。硫的添加在钢锅中完成，并用Al（熔池中Al浓度为0.030%）进行预脱氧。

由于大多数小型钢厂的铸钢锅尺寸较小，我们决定在铝还原完成后、浇钢前仅添加炉内一半的量。如果添加剂是粉末状的，可以将其放入薄壁马口铁罐中，以便于添加和吸收。两种制剂的硫含量均为35%至45%。它们不含有任何可检测到的有害杂质。预计硫的回收率将达到50%~60%，并且由于没有脱硫碱性渣，硫的回收率可能更接近上限。初始目标硫含量为0.35%（而不是0.4%）。在后续的铸造过程中，目标硫含量将调整至较低的值。每吨钢添加1公斤FeS和MnS，可使钢温降低0.2℃。为了实现 0.4% 的硫含量，温度预计下降 0.8°C。详细推荐流程步骤如下。

(1)将铬控制在规定范围的下限(12%～14%)； (2)保持低硅，但不低于0.30%。 (3)硫含量保持在0.15%～0.2%； (4)Mn为1.10％～1.21％； (5)Al≥0.03%； (6)建议在Al还原后、浇钢前向炉内添加一半量的FeS或MnS，其余添加至钢锅中。如果添加剂是粉末状，则放入薄壁马口铁罐中，但实际操作应在浇钢过程中添加； (7)钢锭脱模后，空冷，迅速放入炉内退火。

关于锰的最低含量，目前尚无统一意见。标准制定者还允许在一定范围内将Mn的最大含量提高到1.25%。钢厂可将Mn/S比保持在5:1，即S含量保持在0.20%~0.25%，Mn含量保持在1.20%~1.25%。从热力学角度来看，FeS含量不可能降到零，但可以控制在较低范围内。当钢在950～1000℃的温度范围内缓慢加热或冷却时，这种晶界FeS就会液化（其熔点为983℃）。如果钢在此温度范围内保持或缓慢加热/冷却，材料将趋于达到平衡状态，此时将形成FeS熔体，从而破坏金属的连续性。因此，它应该很快地穿过这个温度范围。钢锭脱模后应空冷，然后迅速放入炉内退火。退火温度应低于900