戰(zhàn)后隨著日本經(jīng)濟的恢復，民眾的生產(chǎn)水平提高，不銹鋼作為生產(chǎn)材料和大眾的消費材料，其需求提高，市場要求提供廉價的、品質(zhì)穩(wěn)定的不銹鋼。生產(chǎn)廠家希望不銹鋼需求擴大，采用能高效且大量生產(chǎn)低成本不銹鋼的制造技術(shù)，建設新設備，推進技術(shù)進步。其結(jié)果是，不銹鋼在市場上確立了地位，并喚起了新的需求。市場要求新型不銹鋼問世，新開發(fā)的不銹鋼又催生了新的需求。

　　新型不銹鋼問世時，原來的制造技術(shù)不能達到要求，需要更高級的制造技術(shù)，這成為技術(shù)進步的驅(qū)動力。另一方面，制造技術(shù)的進步也成為不銹鋼新產(chǎn)品問世的技術(shù)動力。所以說，日本不銹鋼的發(fā)展是市場、制造技術(shù)和新產(chǎn)品三個要素相互作用的螺旋式發(fā)展。

　　從1955年以后日本的不銹鋼熱軋材產(chǎn)量變化和市場、設備采用的動向來看，如果將熱軋材產(chǎn)量看作市場的擴大，那么如前所述制造技術(shù)、新產(chǎn)品和市場是相互作用，不銹鋼呈階段性發(fā)展。這里所說的市場沒有忽視環(huán)境變化和規(guī)則的使用。本文以不銹鋼的制造技術(shù)進展及不銹鋼用途擴大為中心，論述了日本不銹鋼的發(fā)展。此外，為了使內(nèi)容更緊湊，還介紹了日新制鋼周南制鋼所的技術(shù)引進和技術(shù)開發(fā)。

　　制造技術(shù)的發(fā)展

　　1 煉鋼技術(shù)

　　戰(zhàn)后不久，日本從美國引進了不銹鋼煉鋼法。1951年左右，日本冶金、日本金屬工業(yè)、日本不銹鋼3家不銹鋼專業(yè)廠家開始試行生產(chǎn)不銹鋼。日新制鋼周南制鋼所于1962年開始生產(chǎn)不銹鋼，從當時采用的電爐煉鋼法來看，存在如下情況：

　?、巽t的收得率不穩(wěn)定，高價低碳鉻鐵的消耗高；

　?、诘吞疾讳P鋼的熔煉、生產(chǎn)效率和收得率非常低；

　　③雜質(zhì)多，形成表面缺陷，所以收得率低，最終用戶使用時發(fā)生加工裂紋。

　　為了解決生產(chǎn)效率、收得率、制造成本、用戶異議等眾多問題，嘗試將電爐鋼水在真空下進行處理，但在當時沒有應用于實際生產(chǎn)。

　?。?） LD－VOD、AOD法的采用和發(fā)展

　　日新制鋼周南制鋼所于1969年建設了將高脫碳的LD轉(zhuǎn)爐和由EdelstahlwerkeWitten公司開發(fā)的VOD法（向進入真空鋼包中的鋼水表面吹氧，邊抑制Cr的氧化邊進行脫碳）相連，并配置了昭和電工開發(fā)的利用固相還原工藝的高碳鉻鐵合金設備的LD－VOD煉鋼工藝。對于真空吹氧當時存在很多疑問，操作當初遇到了各工藝不匹配、轉(zhuǎn)爐耐火材料壽命短等很多問題，但日新制鋼通過積累豐富技能和技術(shù)改善，完善了不銹鋼煉鋼的系列工藝。

　　在同一時期，美國的UnionCarbide公司開發(fā)出了AOD法，日本金屬工業(yè)公司于1971年引進了AOD法，隨后相繼被其他公司采用?，F(xiàn)在LD－VOD法和AOD法是不銹鋼煉鋼的兩大工藝，這兩大工藝都有各自的特征，說不上哪個好哪個不好。

　　AOD法有助于提高像SUS304這種量產(chǎn)型鋼種的生產(chǎn)率，所以從全球來看，采用的較多，但如后面所述，如果沒有LD－VOD法的技術(shù)進步則不可能有高純度鐵素體系不銹鋼的發(fā)展。1976年，川崎制鐵從具有多個風口的鋼包底部對在轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行粗脫碳的鋼水吹大量氬氣，對鋼水進行強攪拌，證實在極低區(qū)域可降低C和N，領(lǐng)先生產(chǎn)了高純度高Cr鐵素體系不銹鋼。另一方面，采用AOD法在低C、N區(qū)域的脫碳、脫氮效率低，大同特殊鋼于1991年在AOD法上使帶真空功能的設備實用化，新日鐵也采用了該技術(shù)。 不銹鋼板坯連鑄機于1960年被八幡制鐵的光制鐵所首次采用，隨后一直到70年代，各公司相繼采用了板坯連鑄機。

　　在不銹鋼的連鑄中，應該受到關(guān)注的技術(shù)是新日鐵室蘭制鐵所于1973年首次采用的電磁攪拌裝置。以SUS430為代表的鐵素體系不銹鋼如果加工成板，則產(chǎn)生被稱作絞紋的條紋狀表面起伏，使產(chǎn)品外觀質(zhì)量變差。一般認為板坯凝固組織的柱狀晶是絞紋現(xiàn)象的起因，在熱軋、冷軋工序殘留的結(jié)晶方位附近的帶狀集合組織也是其發(fā)生原因。作為絞紋的改善方法，研究了各種熱軋、冷軋工序的改善方法，但至今沒有根本性的解決措施。但是，研究人員發(fā)現(xiàn)在某一液相·固相比率點，通過施加電磁攪拌可抑制板坯凝固過程中柱狀晶的成長，等軸晶率增大，絞紋現(xiàn)象明顯改善。可以說這種電磁攪拌技術(shù)對隨后鐵素體系不銹鋼的需求擴大起了很大的作用。

　　2 冷軋技術(shù)

　?。?） 森吉米爾軋機和多輥軋機的采用

　　到1950年前，日本國內(nèi)的不銹鋼生產(chǎn)一般都是在4機架軋機上對中間坯進行反復軋制。但是，由于SUS304等不銹鋼加工硬化顯著，所以如果每一次軋制的壓下率不大，那么生產(chǎn)率很低。對于硬質(zhì)難軋制的材料，TadeuszSendzimir公司開發(fā)了小徑工作輥和高剛性一體型機架構(gòu)成的森吉米爾軋機。這種軋機使不銹鋼的軋制生產(chǎn)率飛躍性提高，1945年被WashingtonSteel公司采用后，以美國為中心快速發(fā)展。

　　日新制鋼公司預測不銹鋼需求將擴大，所以和日立制作所合作，推進國產(chǎn)森吉米爾軋機的使用，1958年在周南制鋼所建設了日本國內(nèi)第一套森吉米爾軋機。該軋機同時也是日本首套寬幅軋制用森吉米爾軋機。如果從當時日本國內(nèi)的不銹鋼冷軋月產(chǎn)量約為2000t（昭和33年的不銹鋼熱軋卷為67394t）來考慮，一家公司的設備產(chǎn)能就高于全國產(chǎn)量，但1959年日本冶金從Demag公司引進設備，以后各公司都積極引進森吉米爾軋機，其結(jié)果是，10年間日本國內(nèi)有11套設備處于運行中，滿足了市場對不銹鋼冷軋產(chǎn)品的旺盛需求。

　　作為不銹鋼冷軋機，森吉米爾軋機獲得了該地位，但由于其結(jié)構(gòu)上的問題，使得軋制形狀受到一定限制。1980年后，開始出現(xiàn)要求寬鋼卷下高精度的平坦度的新用途，改善軋制形狀成為重要問題。于是，日新制鋼決定采用新型軋機，首次在寬幅不銹鋼冷軋中采用了可使用和森吉米爾軋機一樣的小徑工作輥的12機架多輥軋機。一直到現(xiàn)在，國內(nèi)外有10套這種軋機處于運行中。12機架多輥軋機大大改善了森吉米爾軋機很難改善的四分之一軋制，滿足了新的需求。

　　（2） 冷軋工藝的連續(xù)化

　　通過采用森吉米爾軋機和多輥軋機，滿足了不銹鋼冷軋板的需求擴大，但是這些可逆式軋機在軋制每一道次時，在鋼卷的頭尾部必須減速，鋼卷的搬運需要一定時間，所以在生產(chǎn)效率和勞動生產(chǎn)率方面存在缺陷。為了克服這些問題，日新制鋼向軋線的連續(xù)化挑戰(zhàn)。以下敘述2個例子。

　　1）森吉米爾軋機的連續(xù)化

　　森吉米爾軋機的工作輥直徑小，軋制時鋼帶的前端很難咬入，還有無張力的尾部軋制也很困難等問題。要克服這些問題，需在軋機入口側(cè)配置焊接設備和活套，同時在軋機前后設置夾送輥，建設了能經(jīng)常確保軋制時張力的連續(xù)式森吉米爾軋機。現(xiàn)在，在普通鋼軋制領(lǐng)域，軋機的連續(xù)化是很普通的，但比當時日本鋼管福山廠計劃推進采用的日本首套連續(xù)式串列軋機領(lǐng)先了2年。

　　建設后，進行了2次更新改造，通過運行的自動化，采用全機架自動板厚控制等，達到了省力化和高生產(chǎn)率，現(xiàn)在的月產(chǎn)量超過3萬t。

　　2）熱軋卷的退火酸洗線和軋機直接連接

　?。?） 連鑄技術(shù)　對于與不銹鋼熱軋卷的退火酸洗線直接連接軋機，存在的2個最大問題是高Cr不銹鋼表面產(chǎn)生的線狀缺陷和軋制時的輥痕。

　　由于高Cr不銹鋼很難氧化，熱軋時的氧化鐵皮生成量少，在軋輥和鋼板之間產(chǎn)生發(fā)熱膠著，容易產(chǎn)生線狀缺陷。為此，必須在冷軋前進行去缺陷研磨作業(yè)，為使退火酸洗和軋制直接連接，必須解決這一問題。于是，在熱軋工序通過采用高速鋼軋輥和適當?shù)囊后w潤滑，抑制熱軋時線狀缺陷的產(chǎn)生，同時在去除熱軋卷表面氧化物的除鱗工序強化酸洗和表面研磨，確立了將完好熱軋卷送入軋機的技術(shù)。另一方面，軋制時的輥痕是由產(chǎn)生于軋輥的缺陷復制而來的。為了防止輥痕，采用刷滾除去異物是有效的，所以軋機選擇6Hi－UC軋機，并且為了使工作輥直徑盡可能小，采用中間輥驅(qū)動。

　　通過以上這些技術(shù)革新，在軋機出口側(cè)，不停止每一鋼卷，就能在一定工藝速度下進行操作。

　　關(guān)于軋線連續(xù)化，從世界潮流來看，在海外出現(xiàn)了省略熱軋卷退火工序，機械除鱗后，在具有小直徑工作輥和為防止工作輥水平撓曲而帶側(cè)壓輥的Z－High軋機上軋制，一直到冷軋卷的退火酸洗工序構(gòu)成的軋線。在單一軋線下，能制造從熱軋卷到冷軋產(chǎn)品是非常好的設想，但由于沒有公開發(fā)表實際運行情況，所以不能評價其生產(chǎn)率和優(yōu)異性。但是，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，各個工序能最大限度發(fā)揮其能力，這種評價是很清楚的。

　　市場動向與新產(chǎn)品

　　1 奧氏體系不銹鋼的發(fā)展

　　（1） 加工感應馬氏體的生成和適用

　　SUS304，即18Cr－8Ni鋼在平衡狀態(tài)圖上是α相與γ相組成的雙相組織，但在實際退火后是γ單相組織。這是因為α相的化學自由能低，即使在To溫度（常溫）以下也不發(fā)生擴散相變，在可能發(fā)生馬氏體相變的亞穩(wěn)定狀態(tài)下維持到室溫。為了相變?yōu)轳R氏體，必須克服界面能和變形，所以Ms點是比To溫度還低200～300℃的低溫。SUS304和SUS301在室溫下正好處于這種狀態(tài)，如果施加機械驅(qū)動力，將生成馬氏體相變鋼。

　　從各種奧氏體系不銹鋼的應力與變形曲線可看出，正如一種變形一定模型下所表示的，應力取決于加工感應馬氏體相強度與其體積率及母相奧氏體相強度與其體積率。加工感應馬氏體的強度依賴于侵入元素C、N，母相奧氏體相的強度取決變形和加工感應馬氏體相的體積率，也就是SUS304、SUS301通過生成加工感應馬氏體，顯示出大的加工硬化能和高的均勻延伸。

　?。?） 奧氏體系不銹鋼的鋼種擴大

　　奧氏體系不銹鋼除了具有優(yōu)異耐蝕性外，還具有如上所述的機械性能，所以靈活運用其特性，需求增長。SUS301經(jīng)過滾壓回火處理獲得高強度，可適用作彈簧材。還有，由于均勻延伸大，所以也可用作鼓凸成形品。SUS304也適用作彈簧材，同時由于拉伸凸緣性和壓縮凸緣性優(yōu)異，多用作復合成形的部件和部材。另一方面，γ相穩(wěn)定型不銹鋼SUS305適用于多段拉深成形和非磁性用途。但是，這些鋼種不能完全滿足市場要求，對于新的需求必須進行各種改善，以下介紹2個事例。

　　以前，鐵道車輛用材是將普通鋼板涂裝后使用。進入70年代，以省略后涂裝為目的（即伴隨維護簡便化和高速化的車輛輕量化），兼具耐蝕性和強度的不銹鋼板得到使用，美國紐約地鐵采用了AISI301。SUS301強度高，但由于C含量多，焊接部敏化發(fā)生晶界腐蝕，如果要用于在沿海地區(qū)運營，且暴露在高溫潮濕環(huán)境中的日本國內(nèi)電車網(wǎng)，那么必須解決這一問題。于是開發(fā)出了降低C含量，與C具有同樣固溶強化能，不損壞焊接部耐蝕性，提高N含量的鋼種。對車輛的各個部位，和日本車輛廠家共同設定調(diào)質(zhì)軋制率和板厚規(guī)格，實現(xiàn)了不銹鋼車輛。這種材料現(xiàn)在作為SUS301L已被JIS標準化，不僅可作為鐵道車輛用材料，還用于其他用途。SUS304適用于復合成形，但適用于壓縮凸緣成形品時，有可能發(fā)生時效裂紋。這種裂紋是從加工后數(shù)小時到數(shù)個月后發(fā)生的延遲破壞現(xiàn)象，在生成一定量加工感應馬氏體部位發(fā)生。從時效裂紋界限與應力擴大系數(shù)的關(guān)系看，對于加工硬化，應力擴大系數(shù)大，也就是說，被軟質(zhì)馬氏體感應的鋼種，

　　對于時效裂紋有耐性。通過這些知識，改進后的鋼種適用于壓縮凸緣成形，也適用于超深沖品和復雜拉深成形品。這種鋼種作為SUS304J1、SUS304J2已被JIS標準化。

　　2 鐵素體系不銹鋼的發(fā)展

　?。?） 鐵素體系不銹鋼的優(yōu)缺點

　　SUS430和SUS304相比，易發(fā)生孔蝕和晶界腐蝕，所以不能用于嚴格加工。其優(yōu)點是，不發(fā)生應力腐蝕裂紋，熱膨脹系數(shù)小。因此，如果改善鐵素體系不銹鋼的耐晶界腐蝕性、耐蝕性和加工性，就能用于SUS304不適宜使用的用途?；谶@種概念，進行了很多研究開發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)是降低鋼中的C、N、S和改善如前所述的絞紋。改善這些特性后，擴大了水環(huán)境部材、水前建筑物、汽車排氣部材等的新市場。

　?。?） 鐵素體系不銹鋼的鋼種擴大

　　由于C、N對耐晶界腐蝕性產(chǎn)生不好影響，所以添加Ti、Nb，形成碳氮化物固定是有效的。C、N的固定所需的Ti量根據(jù)化學理論計算是（C＋N）的4倍，如果是Nb，則約是7倍，但是，由于焊接熱影響部是非平衡態(tài)，為了獲得良好的耐晶界腐蝕性，最低也需要15倍以上的（Ti＋Nb）量。使高純度鐵素體系不銹鋼提高耐蝕性的主要元素是Cr、Mo。與Cr相比，Mo對耐蝕性提高效果更大，19Cr－2Mo的孔蝕電位比SUS304的孔蝕電位高。Ti、Nb單獨或復合使用，對提高鐵素體系不銹鋼的加工性也是有效果的，深沖性大大改善。所以，隨著制造技術(shù)的發(fā)展，鐵素體系不銹鋼不斷進步，并在各種用途開展使用。這里介紹電熱水器殼體的開發(fā)事例。

　　電熱水器殼體原本使用搪瓷材料，但從輕量化、耐沖擊性來看，不銹鋼受到關(guān)注。但是，在不銹化的初期，較多發(fā)生有關(guān)腐蝕等問題。從電熱水器殼體與縫隙腐蝕的模式圖來看，電熱水器殼體在下蓋板／殼體板的焊接部形成縫隙。在縫隙內(nèi)部氧濃度低，由于縫隙內(nèi)外形成氧濃度差電池，在縫隙內(nèi)發(fā)生腐蝕。在縫隙內(nèi)通過溶出金屬離子的加水分解，縫隙內(nèi)的PH下降，并且為了保持電中性，氯離子進入，縫隙內(nèi)成為嚴酷腐蝕環(huán)境，促進了腐蝕。在這種用途下，認為像SUS304那樣具有優(yōu)異耐蝕性的奧氏體系不銹鋼更適合，但SUS304易發(fā)生應力腐蝕裂紋。只具有SUS304程度孔蝕電位的鐵素體系不銹鋼不能抑制縫隙腐蝕。在豐富的腐蝕數(shù)據(jù)、監(jiān)控試驗下，新日鐵在該用途使用了19Cr－2Mo－Ti、Nb鋼，促進了電熱水器的普及。

　　鐵素體系不銹鋼被大量使用的另一個領(lǐng)域是汽車排氣部件。1976年日本實行汽車排氣法規(guī)，汽車廠家嘗試用兼具耐熱性和耐蝕性的不銹鋼做排氣部件。在反復受到高溫－常溫熱過程作用的排氣部件中，奧氏體系不銹鋼由于熱膨脹系數(shù)大，容易發(fā)生氧化皮剝離，熱疲勞特性變差，所以采用鐵素體系不銹鋼?，F(xiàn)在使用的材料根據(jù)汽車廠家、車種而不同，但基本的概念是排氣過程的前部分適用耐熱性（高溫強度、耐氧化性）優(yōu)異的鋼種，后部分適用耐蝕性優(yōu)異的鋼種。特別是接近發(fā)動機的排氣總管部位，除了要求高溫強度還要有優(yōu)異的熱疲勞特性，所以大多使用具備這些特性的含Nb、Mo鋼。

　　結(jié)語

　　關(guān)于不銹鋼今后的課題從以下4個方面敘述，并作為文章結(jié)束語。

　　1 通過提供總體解決方案擴大不銹鋼市場

　　至今為止，不銹鋼廠家對于現(xiàn)在的、潛在的要求，從各種角度提供數(shù)據(jù)，同時投入新產(chǎn)品，和用戶一起努力擴大市場。今后還將推進更高功能的材料開發(fā)，同時必須提供包括靈活運用材料功能的加工方法、焊接方法在內(nèi)的總體解決方案，從新的切入口開拓市場。

　　2 維持國際競爭力　以廉價勞動力為背景的海外不銹鋼廠家不斷擴大設備能力，但勞務費在不銹鋼制造費中所占的比例通常至多為7％。與其爭論這種差異的大小，還不如依靠高技術(shù)高效制造高附加值產(chǎn)品，努力消化勞務費差異。所以經(jīng)常維持最先進的技術(shù)水平是非常重要的。

　　3 工藝連續(xù)化中的注意點

　　作為消除勞務費差異的方法之一是工藝的連續(xù)化。但是，如前所述，工藝的連續(xù)化不僅要考慮單一的裝置技術(shù)，而且開發(fā)周邊技術(shù)也是非常重要的。即使連續(xù)化，還必須充分研究能使各個工藝最大限度發(fā)揮其能力的設備配置和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

　　4 對環(huán)境保護的貢獻

　　現(xiàn)在，全球范圍內(nèi)的資源開采、制造、加工、使用的各個方面都在追求減輕對環(huán)境的負荷，從考慮產(chǎn)品資源循環(huán)的生命周期角度追求環(huán)境負荷最小。不可否認，在不銹鋼主原料Cr、Ni的制造中產(chǎn)生的CO2負荷量較多，但具有高耐蝕性、高耐熱性的不銹鋼延長了產(chǎn)品－結(jié)構(gòu)物的壽命，起到了減少廢棄物和無需維護的雙重效果，有助于節(jié)能、省力化。在今后的以清潔能源為對策的新技術(shù)中，不銹鋼是必將繼續(xù)發(fā)揮重要作用的材料。