氮在不銹(xiu)鋼中的普遍且大量應用是近十多年不銹鋼材料領域的最重大的進展。除鐵素體不銹鋼外,近十多年來幾乎所有類型的不銹鋼,特別是奧氏體和雙相(xiang)不銹鋼均普遍用氮進行合金化,從而使奧氏體和雙相不銹鋼進入了現代不銹鋼時代。奧氏體不銹鋼有控氮( 或、中氮([N]≤0.40%或[W]≤0.50%)和高氮( 不銹鋼,或超級奧氏體不銹鋼以及含低氮的超級馬氏體不銹鋼。氮在雙相不銹鋼中,雖不能防止σ相的析出,但可抑制σ相的形成。雙相不銹鋼正是由于加入氮才出現了第二代和第三代雙相不銹鋼(超級雙相不銹鋼和經濟型雙相不銹鋼),使雙相不銹鋼形成系列并成為了與馬氏體、鐵素體、奧氏體等三大類不銹鋼并列的鋼類。由于氮在鐵素體不銹鋼中溶解度極低,而在奧氏體中溶解度很高,因此,氮在雙相不銹鋼中的有益作用主要是體現在改善奧氏體組織的性能。
氮(dan)在(zai)雙相不銹(xiu)鋼(gang)中可(ke)延緩(huan)奧氏體(ti)相(γ)的高溫(wen)溶解并可(ke)促進焊后熱影響區二次奧氏體(ti)(γ2)的析(xi)出(chu),從而(er)有利(li)于雙相不銹(xiu)鋼(gang)的生(sheng)產、加(jia)工和焊接(jie)。氮(dan)是在(zai)不銹(xiu)鋼(gang)中應用的唯一一種氣態合(he)金元素,它取之容易且(qie)量無限,價(jia)格低(di)廉,生(sheng)產中加(jia)入方便,有益作用顯(xian)著,但副作用較(jiao)少,是現代(dai)不銹(xiu)鋼(gang)中非常(chang)有發展(zhan)前途的重要合(he)金元素。
氮(dan)(dan)通過固(gu)溶強化(hua)等可(ke)(ke)(ke)顯(xian)(xian)著(zhu)提(ti)(ti)高(gao)(gao)奧氏體和雙相不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)室(shi)溫和高(gao)(gao)溫強度(圖2.18)。在鉻鎳(nie)奧氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)加(jia)入(ru)0.1%N,可(ke)(ke)(ke)使鋼的(de)(de)強度提(ti)(ti)高(gao)(gao)60~100MPa,但當氮(dan)(dan)量(liang)適宜時(shi),并不(bu)(bu)(bu)顯(xian)(xian)著(zhu)降低鋼的(de)(de)塑、韌性。氮(dan)(dan)的(de)(de)大(da)量(liang)加(jia)入(ru)可(ke)(ke)(ke)使高(gao)(gao)氮(dan)(dan)奧氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼獲得非常高(gao)(gao)的(de)(de)強度,但鋼的(de)(de)斷裂韌性并不(bu)(bu)(bu)降低。
氮(dan)不僅顯著提(ti)高(gao)奧氏體和雙相不銹鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)氧化性酸、還原性酸介質的(de)(de)全面腐蝕(shi)性能,而且還提(ti)高(gao)它們(men)的(de)(de)耐(nai)晶間腐蝕(shi)、耐(nai)點蝕(shi)、耐(nai)縫(feng)隙等局部(bu)腐蝕(shi)性能,一些試驗結果(guo)見(jian)圖2.19~圖2.21。研究表明(ming),氮(dan)在不銹鋼(gang)中提(ti)高(gao)鋼(gang)的(de)(de)耐(nai)點蝕(shi)、耐(nai)縫(feng)隙腐蝕(shi)的(de)(de)能力為鋼(gang)中鉻量的(de)(de)16~30倍。
需(xu)要(yao)強(qiang)調(diao)氮(dan)(dan)在不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)對耐蝕性所起(qi)的(de)有(you)益作(zuo)用,鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)含有(you)足(zu)夠(gou)量(liang)的(de)鉻、鉬元素是必(bi)要(yao)條件(jian)。一般認為,氮(dan)(dan)可促進鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)膜(mo)(mo)中(zhong)鉻的(de)富集(ji),提(ti)高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)能力;氮(dan)(dan)可形成NH3和使微區溶液的(de)pH值提(ti)高(gao);富鉻的(de)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)在金屬與鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)膜(mo)(mo)的(de)界(jie)面處形成,進一步(bu)強(qiang)化(hua)(hua)(hua)(hua)了鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)膜(mo)(mo)的(de)穩(wen)定性。研究表明(ming),在雙相不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)氮(dan)(dan)還可與鉬結合形成,使鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)膜(mo)(mo)更加穩(wen)定,從而使鋼(gang)(gang)(gang)的(de)耐蝕性提(ti)高(gao)。圖2.22系氮(dan)(dan)提(ti)高(gao)奧氏體不銹鋼(gang)(gang)(gang)耐蝕性,對鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)膜(mo)(mo)影響(xiang)的(de)示意圖。
當鋼(gang)中氮(dan)含(han)量(liang)超(chao)(chao)過某(mou)一定量(liang),將對不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的性(xing)能(neng)產生某(mou)些不(bu)(bu)良影響,例如對奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)而(er)言,氮(dan)量(liang)超(chao)(chao)過0.12%~0.15%時,鋼(gang)的冷(leng)(leng)、熱(re)加(jia)工性(xing)和冷(leng)(leng)成型性(xing)能(neng)將有所(suo)下降,后(hou)(hou)者(zhe)與氮(dan)可降低鋼(gang)的層錯能(neng),從(cong)而(er)提(ti)高奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的加(jia)工硬(ying)(ying)化率,使之與易加(jia)工硬(ying)(ying)化有關。高氮(dan)含(han)量(liang)時,不(bu)(bu)僅顯(xian)著降低鋼(gang)的熱(re)塑性(xing),對熱(re)加(jia)工性(xing)不(bu)(bu)利,而(er)且由于前(qian)述(shu)沿晶(jing)(jing)界(jie)析出(chu),會提(ti)高鋼(gang)的晶(jing)(jing)間腐蝕敏感(gan)性(xing)。氮(dan)在鐵素體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中是一種(zhong)有害(hai)元(yuan)素(后(hou)(hou)面還將述(shu)及)。