不銹鋼材料最早由英國科學家布雷爾利在1913年研制成功,因此,布雷爾利也被譽為“不銹鋼之父”。不銹鋼不但具有抵抗大氣氧化的能力,同時也具有耐酸類、堿類介質腐蝕的性能,因此,被廣泛應用于軍事、航天、化工、醫(yī)療、建筑、食品機械等領域。經過100多年的發(fā)展,不銹鋼種類越來越多。不銹鋼類型按照結構組織來分,包括馬氏體不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼和含碳量低于50%的高合金鋼。根據化學成分,不銹鋼又可分為Cr系、Cr-Ni系、Cr-Mn-Ni系、耐熱鉻合金鋼及析出硬化系。目前,我國不銹鋼材料主要以Cr-Ni系(300系)、Cr系(400系)、Cr-Mn-Ni系(200系)為主,也是應用最廣泛的三個系列,其主要化學成分、結構組織、主要牌號如表1-1所示。
近年來,我國不銹鋼產量和消耗量逐年提高,已成為不銹鋼產量和消耗量大國。根據國際不銹鋼論壇發(fā)布的數據,2019年我國不銹鋼產量達到2940萬噸,占全球年產量的56.3%;而在2005年,我國產量只占全球產量的13%.根據中華人民共和國工業(yè)和信息化部的統(tǒng)計數據,2011-2018年我國不銹鋼產量的變化情況如圖1-1所示,圖1-2給出了2011-2018年我國不銹鋼表觀消費量情況。
圖1-3是2019年我國不銹鋼行業(yè)產量結構。從圖1-3可以看出,在4個系列中,300系的奧氏體不銹鋼產量最大,占了不銹鋼總產量的45.90%,其中牌號304系列的產品最為常見。304是美國的表示方法,對應國內的牌號是06Cr19Ni10,數字代碼為S30408不銹鋼。
奧氏體不銹鋼之所以被廣泛應用,除了其良好的耐腐蝕性,還具有良好的耐熱性、耐高低溫性以及焊接性能等,尤其在石油、化工、核電、蒸汽發(fā)電、食品加工等行業(yè)中應用最為廣泛。美國杜邦化工調查發(fā)現,1968-1971年壓力容器及設備90%以上是不銹鋼制成的。然而,不銹鋼的耐腐蝕不是絕對的,例如鹵素離子是奧氏體不銹鋼的“天敵”,在一定條件下,低氯離子含量的環(huán)境也容易引起局部腐蝕。文獻收集的400件腐蝕案例中,不銹鋼材料的腐蝕案例占到總數的五分之二還要多,國內壓力設備失效案例中,應力腐蝕失效在不銹鋼材料各種腐蝕失效模式中所占比例超過了50%,其次是點蝕、縫隙腐蝕以及晶間腐蝕。各腐蝕類型及所占比例如圖1-4所示。