鉻-鎳-錳-氮奧氏體不(bu)銹鋼,是以錳、氮代替稀缺和昂貴的鎳元素而發展起來的鋼。錳對奧氏體的作用與鎳相似,但錳對提高固溶體電極電位的效果不大,在提高鋼的耐蝕性方面,作用也不大。因此,采用以錳和氮代鎳時,因為氮是奧氏體穩定元素,可以提高強度,增強耐點蝕及縫隙腐蝕能力,并減少金屬間相。在高溫時析出的機會。以錳、氮代鎳的低鎳奧氏體不銹鋼如12Cr18Mn9Ni5N、12Cr17Mn6Ni5、22Cr20Mn10Ni2Si2N、10Cr17Mn9Ni4N、20Cr13Mn9Ni4、20Cr15Mn15Ni2N等奧氏體不銹鋼已納入新的國家標準,并已在工業生產中得到廣泛應用。該類鋼的強度較12Cr18Ni9、12Cr17Ni7 等鋼的強度高30%~40%,塑、韌性等與12Cr18Ni9、12Cr17Ni7鋼相近。該類鋼在較弱的腐蝕條件下,耐蝕性尚好;在中等腐蝕性的氧化性酸介質中也有較好的耐蝕性。但在鹽霧試驗、室溫65%HNO3和50%H3PO4中,該類鋼的耐蝕性較12Cr17Ni7、06Cr19Ni10低。
該類鋼的耐蝕(shi)性適用于(yu)無污染和輕污染的大氣(qi)和清(qing)潔水環境以及弱腐蝕(shi)性的酸、堿(jian)、鹽等(deng)介質(zhi),可部分代替12Cr17Ni7、12Cr18Ni9等(deng)鋼。
該類鋼可用(yong)于建筑(zhu)裝飾(shi)、廚房(fang)、衛(wei)生間設(she)備和用(yong)具、家用(yong)電器、交通運輸以及工業部門的設(she)備和零件。
Cr-Ni-Mn-N奧(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼(gang)是20世紀(ji)(ji)三四十年代開始廣泛研究(jiu)的(de)(de)(de)不(bu)銹鋼(gang)種類(lei)。其最初的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)主要是將奧(ao)(ao)氏(shi)體形成元素N、Mn加(jia)入(ru)鋼(gang)中,以替代貴重金屬(shu)Ni,從而(er)節(jie)約(yue)資(zi)源,解決Ni資(zi)源匱乏的(de)(de)(de)問題。隨著冶(ye)(ye)金技術(shu)的(de)(de)(de)發展,到(dao)20世紀(ji)(ji)六(liu)七十年代,加(jia)壓(ya)冶(ye)(ye)金技術(shu)的(de)(de)(de)出現,使得常壓(ya)下在(zai)鋼(gang)中溶解度很(hen)小的(de)(de)(de)N能更多地加(jia)入(ru)鋼(gang)中,目前(qian)已可以加(jia)到(dao)2.3%。N加(jia)入(ru)的(de)(de)(de)主要作用(yong)一是顯著提升鋼(gang)的(de)(de)(de)力(li)學性能,二是明顯增加(jia)鋼(gang)耐局部腐(fu)蝕的(de)(de)(de)能力(li)。
Cr-Ni-Mn-N奧(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和Cr-Ni奧(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)相(xiang)(xiang)比(bi)(bi),最(zui)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)區(qu)別(bie)是(shi)大(da)量地加(jia)(jia)入(ru)了合金元素(su)Mn、N,從(cong)而(er)帶來了一(yi)系列的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性能變(bian)化(hua)(hua)(hua)。N在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)入(ru),之(zhi)所以(yi)引起人們極大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關注,主要(yao)跟其(qi)(qi)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)緊密(mi)相(xiang)(xiang)關。N在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)很(hen)多,其(qi)(qi)中最(zui)主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)體現在(zai)(zai)三方面(mian):對(dui)(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)基體組織的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響;對(dui)(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)力學(xue)(xue)性能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響;對(dui)(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)耐蝕(shi)(shi)(shi)性能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響。研究(jiu)表(biao)(biao)(biao)明(ming),N是(shi)非(fei)常強(qiang)烈地形(xing)成并穩定奧(ao)氏(shi)體且(qie)擴大(da)奧(ao)氏(shi)體相(xiang)(xiang)區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元素(su)。據估算,1kg的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)N相(xiang)(xiang)當于6~22kgNi。N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這(zhe)種(zhong)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)使(shi)其(qi)(qi)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中可以(yi)代替部(bu)分(fen)Ni,降(jiang)低鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵素(su)體含(han)(han)(han)量,可以(yi)使(shi)奧(ao)氏(shi)體更(geng)穩定,防止有(you)(you)(you)害金屬(shu)(shu)間(jian)(jian)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析出,甚至(zhi)在(zai)(zai)冷加(jia)(jia)工(gong)條件下(xia)可避免出現馬氏(shi)體轉(zhuan)變(bian)。人們對(dui)(dui)N在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)最(zui)感興趣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)其(qi)(qi)在(zai)(zai)力學(xue)(xue)性能方面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)現,很(hen)多含(han)(han)(han)氮(dan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)和高(gao)氮(dan)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo),都是(shi)圍繞N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這(zhe)一(yi)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)開(kai)展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。N對(dui)(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)力學(xue)(xue)性能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響,突(tu)出表(biao)(biao)(biao)現為(wei)(wei):N在(zai)(zai)顯著提(ti)高(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)同時,并不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)降(jiang)低材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑、韌性,這(zhe)為(wei)(wei)研究(jiu)高(gao)強(qiang)高(gao)韌鋼(gang)(gang)(gang)(gang)提(ti)供(gong)了途(tu)徑(jing)。工(gong)業用(yong)(yong)(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)表(biao)(biao)(biao)明(ming),N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)入(ru),使(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度比(bi)(bi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)含(han)(han)(han)N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)提(ti)高(gao)2~3倍(bei)。此外,N也(ye)提(ti)高(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗蠕變(bian)、疲勞、磨損能力。大(da)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗數據表(biao)(biao)(biao)明(ming):在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中,每加(jia)(jia)入(ru)0.10%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)N,其(qi)(qi)強(qiang)度提(ti)高(gao)60~100MPa。N提(ti)高(gao)屈(qu)服強(qiang)度主要(yao)有(you)(you)(you)四個途(tu)徑(jing):固(gu)溶強(qiang)化(hua)(hua)(hua);晶(jing)(jing)粒尺寸效應;形(xing)變(bian)硬(ying)化(hua)(hua)(hua);沉淀(dian)硬(ying)化(hua)(hua)(hua)。N對(dui)(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)耐蝕(shi)(shi)(shi)性能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)益作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)表(biao)(biao)(biao)現在(zai)(zai)耐晶(jing)(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、縫隙腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。N對(dui)(dui)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)(ying)響比(bi)(bi)較復雜,一(yi)般認為(wei)(wei),N含(han)(han)(han)量在(zai)(zai)0.16%以(yi)下(xia),對(dui)(dui)耐晶(jing)(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)有(you)(you)(you)益。N對(dui)(dui)晶(jing)(jing)間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)機理主要(yao)有(you)(you)(you):N延緩(huan)富Cr碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物核的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成和長大(da)過(guo)程;降(jiang)低Cr在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性;形(xing)成氮(dan)化(hua)(hua)(hua)鉻沉淀(dian),減少(shao)Cr的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析出。相(xiang)(xiang)比(bi)(bi)之(zhi)下(xia),N對(dui)(dui)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、縫隙腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)益作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)更(geng)為(wei)(wei)明(ming)顯。界面(mian)靠近金屬(shu)(shu)側(ce)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)碳(tan),會(hui)影(ying)(ying)響再(zai)鈍化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動力,可迅速再(zai)鈍化(hua)(hua)(hua),從(cong)而(er)可抑(yi)(yi)制點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定生長。N與其(qi)(qi)他元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)協同作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong),如N可抑(yi)(yi)制Cr、Mo等的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)鈍化(hua)(hua)(hua)溶解(jie),能在(zai)(zai)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)過(guo)程中形(xing)成更(geng)具有(you)(you)(you)抗腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)層,提(ti)高(gao)耐腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力。
為了提(ti)高N的(de)(de)溶(rong)解度,Mn元(yuan)(yuan)素被大量(liang)加(jia)入。在節鎳奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹鋼中(zhong)(zhong),Mn是(shi)非常重要的(de)(de)合金元(yuan)(yuan)素,其主要作用是(shi)與強烈形成(cheng)奧(ao)(ao)氏體(ti)的(de)(de)元(yuan)(yuan)素N復合加(jia)入到鋼中(zhong)(zhong),以節約奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹鋼中(zhong)(zhong)的(de)(de)Ni。Mn是(shi)比較(jiao)弱(ruo)的(de)(de)奧(ao)(ao)氏體(ti)形成(cheng)元(yuan)(yuan)素,但具有強烈穩定奧(ao)(ao)氏體(ti)的(de)(de)作用。Cr-Ni奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹鋼中(zhong)(zhong),隨(sui)著 Mn含(han)量(liang)增加(jia)強度提(ti)高。在無(wu)鎳的(de)(de)Cr-Mn-N奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹鋼中(zhong)(zhong)低溫下會(hui)出現(xian)(xian)韌脆轉變現(xian)(xian)象。
以Mn、N代Ni的節(jie)Ni和(he)無Ni奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang),其耐蝕性主要取決于鋼(gang)(gang)的Cr、Ni、Mo、N等元(yuan)素的含量,而Mn的作用甚微。目前研制成熟的鋼(gang)(gang)種主要有200系列(lie)。還有一(yi)些鋼(gang)(gang)種也(ye)在廣(guang)泛(fan)研究(jiu)中。

