鉻-鎳-錳-氮奧氏體不銹鋼(gang),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(de)耐蝕性適用于(yu)無污(wu)染和輕污(wu)染的(de)大氣(qi)和清潔水環境以及弱腐蝕性的(de)酸(suan)、堿、鹽等(deng)介(jie)質,可(ke)部分代替12Cr17Ni7、12Cr18Ni9等(deng)鋼。
該類鋼可用于建(jian)筑裝飾、廚房(fang)、衛生間設備(bei)和(he)用具、家用電器、交(jiao)通運輸以及工業(ye)部門的設備(bei)和(he)零件。
Cr-Ni-Mn-N奧氏(shi)體不銹鋼(gang)是20世(shi)紀三四十(shi)年(nian)代開始廣泛研究的(de)(de)不銹鋼(gang)種類。其最(zui)初的(de)(de)目的(de)(de)主要(yao)是將奧氏(shi)體形成元素N、Mn加(jia)入(ru)(ru)鋼(gang)中(zhong),以替代貴重金(jin)(jin)屬Ni,從而(er)節約(yue)資源,解決Ni資源匱乏(fa)的(de)(de)問題。隨著冶金(jin)(jin)技術的(de)(de)發展,到(dao)20世(shi)紀六七(qi)十(shi)年(nian)代,加(jia)壓(ya)冶金(jin)(jin)技術的(de)(de)出現,使得(de)常壓(ya)下在鋼(gang)中(zhong)溶解度(du)很小的(de)(de)N能更多地加(jia)入(ru)(ru)鋼(gang)中(zhong),目前(qian)已(yi)可以加(jia)到(dao)2.3%。N加(jia)入(ru)(ru)的(de)(de)主要(yao)作用一是顯(xian)著提升鋼(gang)的(de)(de)力學性能,二(er)是明顯(xian)增加(jia)鋼(gang)耐局部腐蝕(shi)的(de)(de)能力。
Cr-Ni-Mn-N奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)和(he)Cr-Ni奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)相(xiang)比(bi),最大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)區別是(shi)大(da)量(liang)地(di)(di)加(jia)(jia)(jia)入(ru)了合(he)金(jin)元素(su)Mn、N,從而帶來(lai)了一(yi)系列的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)(neng)變(bian)(bian)化(hua)。N在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)入(ru),之所(suo)以(yi)引起人們極大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關注,主要(yao)跟其(qi)(qi)在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用緊密(mi)相(xiang)關。N在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用很多,其(qi)(qi)中(zhong)(zhong)最主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)(ti)(ti)現(xian)(xian)在(zai)三(san)方(fang)面:對(dui)(dui)(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)基體(ti)(ti)(ti)組(zu)織的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang);對(dui)(dui)(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang);對(dui)(dui)(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)。研究表(biao)明(ming),N是(shi)非常強烈地(di)(di)形(xing)成并(bing)穩(wen)定(ding)(ding)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)且擴大(da)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)區的(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)N相(xiang)當于6~22kgNi。N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這(zhe)種(zhong)作(zuo)(zuo)用使(shi)其(qi)(qi)在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)可以(yi)代替部分Ni,降低鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)含(han)量(liang),可以(yi)使(shi)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)更穩(wen)定(ding)(ding),防止有(you)(you)(you)害金(jin)屬間相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析出(chu)(chu),甚(shen)至在(zai)冷(leng)加(jia)(jia)(jia)工條件下可避免(mian)出(chu)(chu)現(xian)(xian)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)。人們對(dui)(dui)(dui)N在(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用最感興趣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)其(qi)(qi)在(zai)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)方(fang)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)現(xian)(xian),很多含(han)氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)和(he)高(gao)(gao)氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo),都是(shi)圍(wei)繞N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這(zhe)一(yi)作(zuo)(zuo)用開展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。N對(dui)(dui)(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang),突出(chu)(chu)表(biao)現(xian)(xian)為:N在(zai)顯著提(ti)(ti)高(gao)(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)強度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)同(tong)時,并(bing)不(bu)(bu)(bu)(bu)降低材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑、韌性(xing),這(zhe)為研究高(gao)(gao)強高(gao)(gao)韌鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)提(ti)(ti)供(gong)了途徑(jing)(jing)。工業(ye)用鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)表(biao)明(ming),N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)入(ru),使(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度(du)比(bi)不(bu)(bu)(bu)(bu)含(han)N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)提(ti)(ti)高(gao)(gao)2~3倍。此外,N也提(ti)(ti)高(gao)(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)蠕變(bian)(bian)、疲勞(lao)、磨損能(neng)(neng)力(li)。大(da)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗數據表(biao)明(ming):在(zai)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong),每加(jia)(jia)(jia)入(ru)0.10%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)N,其(qi)(qi)強度(du)提(ti)(ti)高(gao)(gao)60~100MPa。N提(ti)(ti)高(gao)(gao)屈(qu)服強度(du)主要(yao)有(you)(you)(you)四個途徑(jing)(jing):固溶(rong)強化(hua);晶(jing)粒尺寸效應;形(xing)變(bian)(bian)硬化(hua);沉淀硬化(hua)。N對(dui)(dui)(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)益(yi)作(zuo)(zuo)用表(biao)現(xian)(xian)在(zai)耐(nai)晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、縫隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。N對(dui)(dui)(dui)晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)(xiang)比(bi)較復雜(za),一(yi)般認為,N含(han)量(liang)在(zai)0.16%以(yi)下,對(dui)(dui)(dui)耐(nai)晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)有(you)(you)(you)益(yi)。N對(dui)(dui)(dui)晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用機理主要(yao)有(you)(you)(you):N延緩富(fu)Cr碳化(hua)物核的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成和(he)長(chang)大(da)過(guo)程;降低Cr在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing);形(xing)成氮化(hua)鉻(ge)沉淀,減少Cr的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析出(chu)(chu)。相(xiang)比(bi)之下,N對(dui)(dui)(dui)點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、縫隙(xi)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)(you)(you)益(yi)作(zuo)(zuo)用更為明(ming)顯。界面靠近金(jin)屬側的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)碳,會影(ying)響(xiang)(xiang)再鈍(dun)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動力(li),可迅速再鈍(dun)化(hua),從而可抑(yi)制(zhi)點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)(ding)生長(chang)。N與其(qi)(qi)他元素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用,如(ru)N可抑(yi)制(zhi)Cr、Mo等(deng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)鈍(dun)化(hua)溶(rong)解,能(neng)(neng)在(zai)局部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)過(guo)程中(zhong)(zhong)形(xing)成更具(ju)有(you)(you)(you)抗(kang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)(neng)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)層(ceng),提(ti)(ti)高(gao)(gao)耐(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)(neng)力(li)。
為了提高N的溶解(jie)度(du),Mn元(yuan)素被大量(liang)加(jia)(jia)入(ru)。在節鎳(nie)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中,Mn是(shi)(shi)非常重要(yao)的合(he)金元(yuan)素,其主要(yao)作用(yong)是(shi)(shi)與強烈(lie)形成奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)的元(yuan)素N復(fu)合(he)加(jia)(jia)入(ru)到鋼(gang)中,以節約(yue)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中的Ni。Mn是(shi)(shi)比較弱(ruo)的奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)形成元(yuan)素,但具有強烈(lie)穩定奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)的作用(yong)。Cr-Ni奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中,隨著 Mn含量(liang)增加(jia)(jia)強度(du)提高。在無鎳(nie)的Cr-Mn-N奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中低溫下會出現韌(ren)脆轉變(bian)現象。
以Mn、N代Ni的(de)(de)節Ni和無Ni奧(ao)氏體不銹鋼,其耐蝕(shi)性主要取(qu)決于鋼的(de)(de)Cr、Ni、Mo、N等元素的(de)(de)含量,而Mn的(de)(de)作用(yong)甚(shen)微。目前(qian)研(yan)制成熟(shu)的(de)(de)鋼種(zhong)主要有(you)200系列。還(huan)有(you)一些(xie)鋼種(zhong)也在廣(guang)泛(fan)研(yan)究中。