321和304N這兩個鋼都是18-8型奧氏體不銹鋼。321屬于低碳奧氏體不銹鋼，304N屬于超低碳奧氏體不銹鋼。321是為了解決1Cr18Ni9、0Cr18Ni9焊后具有晶間腐蝕傾向，難以適用于焊接設備和零部件的不足而發(fā)展的。向321鋼中加入了Ti元素，由于Ti元素對碳元素親和力大，鋼中的C首先與Ti形成碳化物，抑制了Cr元素與C元素形成碳化物，從而提高耐蝕性能。321是不銹鋼中應用較為廣泛的鋼種。304N是在304L基礎上添加部分Ni和N，其特點在于既有優(yōu)良的力學性能又有很好的抗腐蝕能力，同時避免了含鈦鋼中氮化鈦、碳氮化鈦的不良影響，是目前飛行器中的部件和裝置、海水設備中泵、閥以及船舶的軸與推進器等需要的優(yōu)質不銹鋼材料。我國目前還在大量應用的是含鈦的18-8型鋼種，國外發(fā)達國家已經(jīng)由超低碳及其含氮奧氏體不銹鋼取代。
對321和304N兩個鋼種的特性、生產(chǎn)工藝及性能等方面進行了研究。試驗用料的生產(chǎn)工藝流程：電爐EAF→精煉（AOD+LF）冶煉澆鑄電極棒→電渣重熔成鋼錠→精快鍛聯(lián)合開坯→軋制成棒材→固溶處理→砂剝→精整→探傷→入庫。
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牌號 |
部位 |
C |
Mn |
Si |
P |
S |
Ni |
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321 |
頭 |
0.06 |
1.65 |
0.71 |
0.02 |
0.001 |
10.64 |
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尾 |
0.06 |
1.65 |
0.72 |
0.02 |
0.001 |
10.51 |
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304N |
頭 |
0.016 |
1.68 |
0.47 |
0.014 |
0.002 |
10.59 |
|
尾 |
0.015 |
1.68 |
0.48 |
0.014 |
0.002 |
10.56 |
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牌號 |
部位 |
Cr |
Ti |
N |
Cu |
Mo |
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321 |
頭 |
18.20 |
0.54 |
0.008 |
0.04 |
0.04 |
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|
尾 |
18.17 |
0.44 |
0.011 |
0.04 |
0.04 |
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304N |
頭 |
17.93 |
0.01 |
0.170 |
0.02 |
0.02 |
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|
尾 |
17.90 |
0.01 |
0.168 |
0.02 |
0.02 |
試驗用料化學成分見下表：
牌號 部位 C Mn Si P S Ni
321 頭 0.06 1.65 0.71 0.02 0.001 10.64
尾 0.06 1.65 0.72 0.02 0.001 10.51
304N 頭 0.016 1.68 0.47 0.014 0.002 10.59
尾 0.015 1.68 0.48 0.014 0.002 10.56
牌號 部位 Cr Ti N Cu Mo
321 頭 18.20 0.54 0.008 0.04 0.04
尾 18.17 0.44 0.011 0.04 0.04
304N 頭 17.93 0.01 0.170 0.02 0.02
尾 17.90 0.01 0.168 0.02 0.02
對比試驗結果發(fā)現(xiàn)：
1）冶煉工藝對化學成分及材料性能有影響。321和304N兩個鋼種都是采用電爐+電渣法冶煉，這種方法冶煉是在大氣下冶煉，由于兩個鋼種成分不同，冶煉過程對兩個鋼種成分影響也不同，成分上的差異又可能導致性能上的差異。321鋼含Ti，Ti屬于易氧化元素，在大氣下冶煉收得率不穩(wěn)定。為保證Ti成分穩(wěn)定，加大了冶煉難度。在電爐冶煉中要注意控制電極棒的Ti成分，鋼水脫氧情況，電極澆注過程氬氣保護情況，電渣渣料烘烤情況等。304N鋼不含易氧化元素，所以電爐冶煉時可全程吹空氣或氮氣。
2）304N不銹鋼與321鋼相比，強度高，特別是屈服強度高將近100MPa，但塑性并不比321鋼低，耐晶間腐蝕性能與321鋼相當。
3）304N不銹鋼與321鋼相比，冶煉加工工藝簡單，而且綜合性能好。
4）304N可以替代含Ti的321鋼，應用于具有較高強度要求，又有良好耐腐蝕性要求的航空航天設備及零部件。
