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近30年來不銹鋼生產技術不斷創新,致使原料、能源消耗不斷降低,生產率和成材率不斷提高。與一般碳素鋼材的大規模生產比較起來,多數不銹鋼產品具有少量多樣的生產型態。雖然有部分產品如平板類不銹鋼,因市場需求量大,可進行大規模生產外,一般而言,亦有許多不銹鋼產品不易具有大量訂單,業者經常必須在不同材質與不同尺寸規格間轉換其生產項目。近年來由于市場的需要,不銹鋼業者亦朝向開發高附加價值產品并因應京都議定書的規定,符合環保的產品也是未來發展的趨勢之一。
二、不銹鋼產品發展動向
不銹鋼產品發展動向可從以下三方面來探討:
1、不斷開發新鋼種:
主要國家和ISO、EN的不銹鋼標準鋼種數量整理如【表1】,隨著技術不斷提高和應用不斷擴大,其鋼種數量還有進一步增加的趨勢。
表1 主要國家和國際組織不銹鋼的標準鋼種數量
標準 | 中國 | 美國 | 日本 | ISO/PDTS | DIN NF BS EN 10088-1 |
類型 | GB YB | ASTM A959 | JIS | 15510 | |
奧氏體 | 51 | 99 | 54 | 46 | 37 |
奧氏體-肥粒體 | 5 | 18 | 4 | 6 | 6 |
肥粒體 | 12 | 41 | 14 | 14 | 20 |
馬氏體 | 19 | 28 | 18 | 13 | 16 |
析出硬化型 | 3 | 15 | 3 | 3 | 4 |
總計 | 90 | 201 | 93 | 82 | 83 |
表2 各國不銹鋼的主要應用領域
應用領域(%) | 中國 | 日本 | 美國 | 歐洲 |
廚房設備 | - | 24 | - | - |
建筑業 | 17 | 20 | 18 | 12 |
工業用機械(食品、化工等) | 17 | 20 | 27 | 22 |
汽車 | 4 | 13 | 30 | 10 |
電子、電器設備 | 6 | 7 | 4 | 7 |
焊管 | 9 | - | 8 | 18 |
金屬加工制品 | 36 | - | 13 | 14 |
其它 | 11 | 16 | - | 17 |
目前正在開發的產品領域有兩個方面:
(一)節鎳型不銹鋼
全球不銹鋼產量中約有76%屬于300系,因此鎳價的波動會嚴重影響到鎳鉻系不銹鋼的價格,且近一年來鎳原料價格高漲,相對使得鎳鉻系不銹鋼成本偏高,導致部分市場會被替代性材料所取代。因此近年來鉻系不銹鋼及低鎳系不銹鋼(如200系)的發展逐漸受到重視,未來鉻系及低鎳不銹鋼的消費比例會有增加的趨勢。
(二)根據市場的需求開發新的不銹鋼種
1.耐局部腐蝕和苛刻條件下腐蝕的新鋼種
例如耐應力腐蝕的高Si鋼(18Cr-18Ni-3Si)、耐點狀腐蝕的高Cr高Mo高N不銹鋼(20-25Cr/20Ni/6Mo/0.02N)、新的超級雙相不銹鋼(0.03C-25Cr-7Ni-3Mo- 0.25N)和新的超鈍肥粒體不銹鋼(C+N≦150ppm的18Cr-2Mo,26Cr- Mo,30Cr-2Mo等)。
2.功能性不銹鋼
例如高耐蝕不銹鋼(高氮鋼)、汽車排氣凈化裝置用耐熱鋼(700℃以下的409L和1100℃以上的18Cr-13Ni-3.5Si),冷成型性優異的不銹鋼(穩定沃斯田體相和加Cu),車輛用不銹鋼(高強度,加N),廚房和食品加工用抗菌不銹鋼(17Cr-1.5Cu,13Cr-3.0Cu,18Cr- 9Ni-3.8Cu,以及含銀的304和430不銹鋼),電子工業用的無磁不銹鋼等。
四、其它系列不銹鋼發展趨勢
(一)200系(Cr-Mn-Ni系)不銹鋼
二次大戰期間鎳供應嚴重不足,德國首先研制出以錳-氮代替部分鎳的不銹鋼。1950年代美國因同樣理由,經深入研究,將錳-氮代鎳鋼定型,成功開發高錳系列沃斯田體不銹鋼,即200系不銹鋼。200系常用鋼種有AISI 201(含鉻16-18%,錳5.5-7.5%,鎳3.5-5.5%,氮<0.25 %)、202、205及印度的J1、J4 (含Cu)等,成本較304低25 %,適用于在弱腐蝕環境的一般用途如器皿、廚具、室內裝潢等,其加工性較差。最近 美國開發的204Cu (3%Cu ),與304 相比,其強度高、冷加工性佳,耐蝕性優于或相當于304,有可能取代304成為泛用不銹鋼。
(二)400系不銹鋼
傳統400系代表鋼種有肥粒體系之430 (18%Cr)及麻田散體系之410、420(13%Cr),其中以430使用量最大,優點為:價廉,熱膨脹系數低,耐氯化物應力腐蝕性優于300系;但其成形性、焊接性、抗拉強度不如304,使其應用受到限制。若鉻含量相同,則在大氣淡水及氧化性介質中(如硝酸),400系之耐蝕性與300系基本相當,一般優于200系。
400系發展趨勢為添加微量鈮(Nb)、鈦、銅、鋁改善深沖性、焊接性、耐蝕性、抗菌性及耐高溫強度等,可部分取代304,鋼種有:SUS430LX、 430JIL、444、445M2、NSS 447M1等。美、日已廣泛用于汽車排氣管(409,410L)、洗衣機內筒(430)、餐廚具、家電用品、醫療設備、熱水器、屋頂、幕墻、電廠等。
(三)雙相不銹鋼
雙相不銹鋼是一種高鉻低鎳鋼種,兼具沃斯田鐵不銹鋼的優良韌性和焊接性與肥粒鐵不銹鋼的較高降伏強度和耐氯化物應力腐蝕性,目前用量最大為SAF 2205(22Cr-5Ni-3Mo-0.15N)。雙相不銹鋼發展趨勢為減少鎳、提高錳及氮,第二代雙相不銹鋼的典型代表為AvestaPolarit 開發的LDX2101(21.5%Cr-5%Mn-1.5%Ni及0.22%N) ,耐蝕性相當于316,強度是304的2倍,機械性能與2205相當,潛在應用包含:鋼筋、橋梁、桶槽、容器、火車結構、熱水器等。
五.未來展望與結論
總之不管在哪個地區,不銹鋼在建筑、運輸、廚房、電器、工業用機械方面使用量很大,特別是最近強調材料長壽命化、節能、環保和信息化,因此預計不銹鋼產品未來應該會朝下列趨勢來發展:
1、環保方面
為了抑制產生二氧化碳(CO2),在垃圾高溫焚燒裝置、液化天然氣發電和采用煤碳的高效率發電裝置中,將更多地使用耐熱、耐高溫腐蝕性能優良的不銹鋼。此外,本世紀初電動汽車將進一步實用化,因此期待在汽車用電池中采用更多的不銹鋼。特別從水質保護的觀點來看,上下水管道及水處理裝置將更多采用耐蝕性優良的不銹鋼。
2、長使用壽命方面
歐美等國已根據LCC(使用壽命價格比)評價方法,將會在橋梁、高速公路、隧道等基礎設施中更多地采用不銹鋼和不銹鋼筋。日本在建筑物方面過去設計壽命為20~30年,現在已向100年提高,因而會采用更多的不銹鋼產品。
3、信息化方面
要求高精密度、高性能的材料,例如行動電話等設備要求采用高強度、彈性和無磁等特性的材料,不銹鋼能滿足這些要求,另外制造半導體和各種集成電路板的設備,由于不銹鋼有干凈和耐久性的特性,今后的需求量預計將會進一步擴大
2、不銹鋼材產品結構更趨多元化:
不銹鋼材一般有板、帶、棒、線、管等,世界不銹鋼的產品結構中,平板類約占83﹪,長條類和鍛件約占17%,這種趨勢今后將保持下去。從產品規格看,冷軋板的寬度在增加,最大可達2000mm,厚度在減小,最薄可達0.05mm。熱軋板的寬度在增加,最寬可達4000mm以上,最厚可達300mm,管材中焊管所占的比例越來越大,無縫不銹鋼管僅占總產量1.8%。不銹鋼的另一特點是根據使用情況的不同,冷軋板有多達10多種的表面加工方式。此外,還有花紋板(即采用壓花或蝕刻的方法在表面形成各種花紋圖案,增強裝飾效果),著色板(即把不銹鋼浸泡在某些溶液中,使表面氧化膜呈現不同的顏色)以及涂層板等。這些不同的表面加工方式使不銹鋼在建筑裝飾、日用器具和藝術品方面得到了更廣泛的應用。
3、應用領域和需求進一步擴大:
【表2】為中國、日本、美國、歐洲等地不銹鋼的應用領域分布,可看出日本在廚房設備領域使用不銹鋼最多,其次是建筑和工業用機械。美國在汽車領域使用不銹鋼最多,其次是工業用機械和建筑業。歐洲則在工業用機械領域使用不銹鋼最多,其次是焊管和金屬制品加工。中國則是在金屬制品和焊管領域中使用不銹鋼最多,其次是工業用機械和建筑業。
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