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。這類特殊材料由于其優(yōu)異的力學(xué)性能及耐蝕性、耐氧化、耐磨損性能,越來越廣泛地應(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(yùn)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(jìn)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1912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(xiàn)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(jìn)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(diǎn),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(qiáng)度和耐蝕性?,F(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(diǎn)是集高強(qiáng)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、高沖擊摩擦環(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(qiáng)度等。加適量的氮能在提高鋼的強(qiáng)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)用的含氮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(w(w(C)=0.02%~0.03%=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(qiáng)度,使之達(dá)到含穩(wěn)定化元素鈦的奧氏體不銹鋼或普通低碳(w(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w(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(qiáng)度;高氮型奧氏體不銹鋼的w(N)>0.40%,該類鋼既具有高強(qiáng)度,又具有耐蝕性。目前,國內(nèi)含氮鋼中只有53Cr21M9Ni4N鋼中的w(N)=0.35%~0.50%,基本上達(dá)到高氮鋼標(biāo)準(zhǔn)?,F(xiàn)在w(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(qiáng)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)展?jié)摿蛻?yīng)用極具吸引力,并且含氮不銹鋼的使用和需求已擴(kuò)大并迅速增長。






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