由于含氮鋼常常出現時效硬化,氮在鋼中容易出現偏析和氣孔,甚至造成鋼鑄件報廢,而且氮增加了鐵素體鋼的脆性,因此在過去很長一段時間,人們對氮的認識都是負面的。對氮在鋼中的有益影響的認識,開始于20世紀初。1912年Andrew首先發現了氮對力學性能的影響以及氮的奧氏體化能力。1926年Adcodk研究證明氮的加入能夠提高含鉻鋼的強度。之后,Uhlig首先提出氮除了提高強度以外還能提高鋼的耐腐蝕性能。第二次世界大戰期間由于鎳供應嚴重不足,德國人首先研制出以錳、氮代替部分鎳的不銹鋼。20世紀50年代,隨著對含氮合金潛在特性認識的深入和含氮鋼制備技術的發展,尤其氬氧脫碳法(argon-oxygen decarburization,AOD)的出現,含氮不銹鋼在美國變得很流行,開發了含氮的高錳系列奧氏體不銹鋼,即AISI 200系列不銹鋼,其典型成分為18Cr-5Ni-8Mn-0.15N,具有明顯優于304不銹鋼的強度和耐腐蝕性能。同時,氮在不銹鋼中作用的研究也不斷深入。60年代之后,氮作為合金元素在AISI 300 系列奧(ao)氏體不銹鋼雙相(xiang)不(bu)銹鋼中得到廣泛應用,逐漸形成許多含氮的不銹鋼品種系列。


  然而,上述含氮不銹鋼均未達到“高氮鋼”的氮含量要求。高氮不銹(xiu)鋼研究開始于20世紀60年代初期,研究人員在實驗室內采用加壓感應爐實驗了多種氮含量的高氮奧氏體鋼。基于加壓下氮在合金中的溶解行為研究,Bezobrazov等、Chipman和Corriganl14建立了氮在合金中的溶解度模型,有力推進了高氮不銹鋼的研發。到60年代后期,氮對力學性能和耐腐蝕性能的影響機理逐步得到了豐富和完善。在1976年美國腐蝕工程師協會(NationalAssociation of Corrosion Engineers,NACE)國際會議上,Osozawa和Okada提出了NH3/NH1形成理論。然而,受當時高氮鋼冶煉技術的限制,氮含量均低于0.6%,高氮鋼并沒有得到廣泛應用。


  從1988年召開(kai)第一(yi)屆高氮(dan)鋼(gang)國(guo)際會議后,相繼在(zai)聯邦德國(guo)、日(ri)本、比利時(shi)和中國(guo)等召開(kai)了(le)12屆,各(ge)國(guo)的(de)科(ke)研(yan)人員就(jiu)高氮(dan)鋼(gang)的(de)研(yan)究與開(kai)發等議題進行了(le)深入的(de)交流與探討。高氮(dan)鋼(gang)國(guo)際會議的(de)連續召開(kai)極大(da)地推動了(le)世界高氮(dan)鋼(gang)的(de)發展,也進一(yi)步(bu)加深了(le)人們(men)對氮(dan)在(zai)鋼(gang)中作用機理的(de)認識。


  到(dao)20世(shi)紀(ji)80~90年(nian)(nian)代,高(gao)氮鋼的(de)制備技(ji)術(shu),特別是(shi)加壓(ya)(ya)冶煉(lian)設備取得了(le)(le)長足的(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan),研(yan)發(fa)(fa)出加壓(ya)(ya)等(deng)離(li)子電(dian)弧熔(rong)煉(lian)、加壓(ya)(ya)鋼包(bao)氮氣(qi)吹洗法、加壓(ya)(ya)感應(ying)熔(rong)煉(lian)等(deng)技(ji)術(shu)。1980年(nian)(nian)以來,德國Krupp和(he)VSG(Vereinigte Schmiedewerke GmbH)公(gong)(gong)司相繼建成(cheng)(cheng)了(le)(le)用(yong)于(yu)(yu)工業化(hua)(hua)(hua)生(sheng)產高(gao)氮鋼的(de)16t和(he)20t 加壓(ya)(ya)電(dian)渣爐(lu),其壓(ya)(ya)力(li)可達(da)4.2MPa,主要通過添加Si3N4等(deng)氮化(hua)(hua)(hua)合金來完成(cheng)(cheng)增(zeng)氮任務。利用(yong)該(gai)技(ji)術(shu),德國VSG公(gong)(gong)司分(fen)別于(yu)(yu)1975年(nian)(nian)、1981年(nian)(nian)和(he)1996年(nian)(nian)成(cheng)(cheng)功研(yan)制出大型火(huo)力(li)發(fa)(fa)電(dian)機(ji)護環用(yong)鋼P900(18Cr-18Mn-0.6N)、P900-N(18Cr-18Mn-0.9N)和(he)P2000(16Cr-14Mn-3Mo-0.9N)。目(mu)前護環用(yong)高(gao)氮鋼已(yi)在(zai)(zai)發(fa)(fa)達(da)國家得到(dao)廣泛應(ying)用(yong)。南非(fei) Columbus Joint Venture(CJV)公(gong)(gong)司商(shang)業化(hua)(hua)(hua)生(sheng)產了(le)(le)19Cr-10Mn-1Ni-0.5N,此鋼種在(zai)(zai)強(qiang)度(du)、韌性(xing)、延(yan)展(zhan)(zhan)性(xing)、加工硬(ying)化(hua)(hua)(hua)能(neng)力(li)以及(ji)耐(nai)(nai)腐蝕性(xing)能(neng)方(fang)面表現優異。后來,瑞士的(de)Nitrofer AG(NAG)公(gong)(gong)司改(gai)進了(le)(le)19Cr-10Mn-1Ni-0.5Mo-0.5N,研(yan)制了(le)(le)一種加工硬(ying)化(hua)(hua)(hua)能(neng)力(li)極高(gao),并具有較高(gao)的(de)硬(ying)度(du)、良好(hao)的(de)韌性(xing)和(he)優異耐(nai)(nai)腐蝕性(xing)能(neng)的(de)高(gao)氮鋼。


  隨著人們對氮(dan)(dan)在不銹鋼(gang)中(zhong)作(zuo)用(yong)機制(zhi)認識的(de)(de)不斷深入,基(ji)于(yu)以氮(dan)(dan)代碳的(de)(de)合金(jin)設計理(li)念,開發出(chu)一系列性(xing)(xing)能優異的(de)(de)高氮(dan)(dan)不銹軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)及耐蝕(shi)塑(su)料(liao)模具(ju)鋼(gang)。德國VSG 公(gong)(gong)司采用(yong)加(jia)壓電渣(zha)重(zhong)熔(rong)和(he)(he)精密鍛(duan)造技術(shu)開發出(chu)高氮(dan)(dan)不銹軸(zhou)承(cheng)鋼(gang) Cronidur 30(15Cr-1Mo-0.3C-0.4N),具(ju)備強度(du)和(he)(he)硬度(du)高、韌性(xing)(xing)好、耐腐蝕(shi)性(xing)(xing)能優異和(he)(he)回火穩(wen)定性(xing)(xing)強等特點(dian),其性(xing)(xing)能明顯優于(yu)目前航空航天領域的(de)(de)商用(yong)軸(zhou)承(cheng)鋼(gang)(M50和(he)(he)M50NiL等),已應用(yong)于(yu)航天飛機燃料(liao)泵軸(zhou)承(cheng)、遙感衛星控制(zhi)力矩(ju)陀螺高速轉(zhuan)子軸(zhou)承(cheng)、飛機渦輪發動機主軸(zhou)承(cheng)、起落(luo)架(jia)滾珠絲杠、直升機旋轉(zhuan)斜盤軸(zhou)承(cheng)等部件。奧地利(li)B?hler公(gong)(gong)司利(li)用(yong)加(jia)壓電渣(zha)重(zhong)熔(rong)工藝,開發了(le)性(xing)(xing)能優異的(de)(de)含氮(dan)(dan)M303(0.1%N)、M333(0.1%N)和(he)(he)M340(0.2%N)耐蝕(shi)塑(su)料(liao)模具(ju)鋼(gang),其純凈度(du)更(geng)(geng)高,組織更(geng)(geng)均(jun)勻(yun)細小,同時具(ju)有極佳的(de)(de)拋(pao)光和(he)(he)耐腐蝕(shi)性(xing)(xing)能、良好的(de)(de)韌性(xing)(xing)、加(jia)工性(xing)(xing)能以及尺寸(cun)穩(wen)定性(xing)(xing),滿足(zu)了(le)高端耐蝕(shi)鏡面塑(su)料(liao)模具(ju)市場需(xu)求。


  日(ri)本(ben)(ben)國家材料(liao)研究(jiu)所于(yu)1997年開(kai)始(shi)進行(xing)日(ri)本(ben)(ben)超級鋼(gang)開(kai)發(fa)計劃(STX21)中的(de)(de)(de)“耐(nai)(nai)海水(shui)腐(fu)蝕(shi)(shi)不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)開(kai)發(fa)”工作(zuo),利用復合電極(ji)的(de)(de)(de)加壓電渣爐(lu)在4MPa下開(kai)發(fa)出節(jie)省資源型高(gao)(gao)性(xing)能耐(nai)(nai)海水(shui)腐(fu)蝕(shi)(shi)高(gao)(gao)氮不銹鋼(gang) 23Cr-4Ni-2Mo-1N。該(gai)鋼(gang)種(zhong)具(ju)有(you)極(ji)其優異的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing),抗(kang)拉(la)強(qiang)度達到1200MPa以上(shang),延伸率(lv)與SUS 304不銹鋼(gang)相(xiang)當,并且在-196~500℃范圍(wei)內具(ju)有(you)同樣的(de)(de)(de)特性(xing)。




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