含氮不銹鋼、氮合金鋼簡介

高氮鋼屬于不銹鋼的一個種類。對一般鋼種而言，鋼中的氮含量超過一定限度就認(rèn)為是有害成分，而高氮不銹鋼卻并非如此。這種特殊材料由于其優(yōu)異的力學(xué)性能及耐蝕性、耐氧化、耐磨損性能，越來越應(yīng)用地應(yīng)用于化工、石化、能源、化肥生產(chǎn)、石油天然氣、采礦及交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。氮資源豐富而價廉，在奧氏體不銹鋼中能替代昂貴的鎳而保持奧氏體相的穩(wěn)定。

在20世紀(jì)以前，人們懷疑氮在鋼中會使鋼變脆，并且存在向鋼中加氮困難的問題，所以剛開始，在鋼中一般不進行氮合金化。氮的有利作用直至20世紀(jì)初才被認(rèn)可，Andrew在19112年首次研究了氮加入鋼中的作用，通過這項重要工作，首次在文獻中記載了氮對鋼力學(xué)性能及奧氏體穩(wěn)定性的重大影響。

20世紀(jì)50年代，開始開發(fā)氮合金鋼的潛在性能及工藝技術(shù)。當(dāng)AOD工藝使氮作為氣體代替不同的合金成為可能時，就開始普遍用氮進行不銹鋼的合金化?，F(xiàn)在氮不僅常用在奧氏體鋼中，也用在奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼中。用氮和錳的復(fù)合合金代替昂貴的鎳還具有提高氮溶解度的優(yōu)點，并且通過這個研究結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化了AISI200系列新合金。這類鋼的典型成分是18Cr-5Ni-8Mn-0.15N，它比AISI標(biāo)準(zhǔn)中的304牌號的不銹鋼具有更高的強度和耐蝕性。現(xiàn)在印度是AISI200系列不銹鋼最大的生產(chǎn)者，幾乎占全世紀(jì)50萬t產(chǎn)量的70%。

最近國外又推出了19Cr-10Mn-1Ni-0.5N和18Cr-18Mn-1Ni-4Mo-0.6N的高氮奧氏體不銹鋼，其最明顯的特點是集高強度、高韌性、高延展性、良好的加工硬化及耐蝕性于一體，已成功地應(yīng)用于冶金、煤炭及電力工業(yè)材料，在潮濕、高沖擊磨擦環(huán)境中使用，明顯優(yōu)于其他不銹鋼。

在奧氏體不銹鋼中氮和碳有許多共同性，如增加奧氏體穩(wěn)定性，能有效提高鋼的冷加工強度等。加適量的氮能在提高鋼的強度和耐氧化性能的同時，不降低不銹鋼的耐晶間腐蝕性。以氮代碳，開發(fā)含氮不銹鋼已成為熱門話題。

目前，應(yīng)用的含氣溫不銹鋼在我國新的國家標(biāo)準(zhǔn)中已有36種，占不銹鋼總數(shù)的1/4，其中奧氏體不銹鋼中已有22種，占奧氏體不銹鋼總數(shù)的1/3，雙相不銹鋼中的含氮不銹鋼已占80%以上，馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼及沉淀硬化型不銹鋼中均有含氮不銹鋼。而含氮不銹鋼又可分為控氮型、中氮型和高氮型三種?？氐蛫W氏體不銹鋼是在超低碳(ω(C)=0.02%~0.03%)鉻鎳奧氏體不銹鋼中加入0.05%~0.10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氮，用以提高鋼的強度，使之達到含穩(wěn)定化元素鈦的奧氏體不銹鋼或普通低碳(ω(C)≤0.08%)奧氏體不銹鋼的水平，同時耐晶間腐蝕和晶間應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)良；中氮型奧氏體不銹鋼是ω(N)=0.10%~0.40%，在正常大氣壓力條件下冶煉和澆注，所得到的氮合金化奧氏體不銹鋼(包括鉻鎳氮、鉻錳氮和鉻錳鎳氮型鋼)。我國含氮奧氏體不銹鋼基本上屬于中氮型奧氏體不銹鋼，如022Cr17Ni7N、022Cr19Ni10N、05Cr19Ni10Si2CeN、12Cr17Mn6Ni5N、10Cr17Mn9Ni4N、20Cr15Mn15Ni2N等奧氏體不銹鋼的氮含量都在0.10%~0.30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))之間，這類鋼以耐蝕性為主要目的，同時具有較高的強度；高氮型奧氏體不銹鋼的ω(N)＞0。40%，該類鋼既具有高強度，又具有耐蝕性。目前，國內(nèi)含氮鋼中只有53Cr2M9Ni4N鋼中的ω(N)=0.35%~0.50%，基本上達到高氮鋼標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在ω(N)-=0.8%~1.0%的高氮奧氏體不銹鋼已開始工業(yè)化生產(chǎn)，并獲得了實際應(yīng)用。

由于高氮合金鋼具有較高的強度及良好的耐蝕性，可作為重要的工程材料，因此具有廣闊的發(fā)展前景。高氮鋼的發(fā)燕尾服潛力和應(yīng)用極具吸引力，并且含氮不銹鋼的使用和需求已擴大并迅速增長。

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