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 系列奧氏體不銹鋼雙(shuang)相不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(bu)銹鋼研究開始于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(nian)召開(kai)第一屆(jie)高(gao)氮鋼(gang)國(guo)際會(hui)議后,相繼(ji)在聯邦(bang)德國(guo)、日本、比利時和中國(guo)等召開(kai)了12屆(jie),各國(guo)的(de)(de)科研人員就(jiu)高(gao)氮鋼(gang)的(de)(de)研究與(yu)開(kai)發(fa)等議題進(jin)行了深入的(de)(de)交流與(yu)探(tan)討。高(gao)氮鋼(gang)國(guo)際會(hui)議的(de)(de)連續(xu)召開(kai)極大地推動(dong)了世(shi)界高(gao)氮鋼(gang)的(de)(de)發(fa)展,也進(jin)一步加深了人們對氮在鋼(gang)中作用機理的(de)(de)認識(shi)。


  到20世(shi)紀80~90年(nian)代,高氮鋼(gang)(gang)(gang)的(de)制備(bei)技(ji)術(shu),特別(bie)是加(jia)(jia)壓冶煉設備(bei)取得了長足的(de)發展,研發出加(jia)(jia)壓等(deng)離子電(dian)弧熔(rong)煉、加(jia)(jia)壓鋼(gang)(gang)(gang)包氮氣吹洗法、加(jia)(jia)壓感應(ying)熔(rong)煉等(deng)技(ji)術(shu)。1980年(nian)以來,德(de)國(guo)Krupp和(he)(he)VSG(Vereinigte Schmiedewerke GmbH)公(gong)司相(xiang)繼建成了用于工(gong)業(ye)化生產高氮鋼(gang)(gang)(gang)的(de)16t和(he)(he)20t 加(jia)(jia)壓電(dian)渣爐(lu),其壓力可達4.2MPa,主要通過添加(jia)(jia)Si3N4等(deng)氮化合(he)金來完成增氮任務。利用該技(ji)術(shu),德(de)國(guo)VSG公(gong)司分(fen)別(bie)于1975年(nian)、1981年(nian)和(he)(he)1996年(nian)成功研制出大(da)型火力發電(dian)機護(hu)環用鋼(gang)(gang)(gang)P900(18Cr-18Mn-0.6N)、P900-N(18Cr-18Mn-0.9N)和(he)(he)P2000(16Cr-14Mn-3Mo-0.9N)。目(mu)前(qian)護(hu)環用高氮鋼(gang)(gang)(gang)已在發達國(guo)家得到廣泛(fan)應(ying)用。南(nan)非 Columbus Joint Venture(CJV)公(gong)司商業(ye)化生產了19Cr-10Mn-1Ni-0.5N,此鋼(gang)(gang)(gang)種在強度(du)、韌性(xing)、延展性(xing)、加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)化能力以及耐(nai)腐蝕性(xing)能方(fang)面表現優異(yi)。后來,瑞士的(de)Nitrofer AG(NAG)公(gong)司改(gai)進(jin)了19Cr-10Mn-1Ni-0.5Mo-0.5N,研制了一種加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)化能力極(ji)高,并具有較高的(de)硬(ying)度(du)、良好的(de)韌性(xing)和(he)(he)優異(yi)耐(nai)腐蝕性(xing)能的(de)高氮鋼(gang)(gang)(gang)。


  隨(sui)著人們對氮在不銹鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)作用(yong)(yong)(yong)機(ji)(ji)制認識的(de)(de)不斷深入,基于(yu)(yu)以氮代(dai)碳的(de)(de)合金(jin)設計理念,開發出一系(xi)列性(xing)(xing)能(neng)(neng)優(you)(you)異(yi)的(de)(de)高氮不銹軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)及耐蝕塑(su)(su)料(liao)(liao)模(mo)具(ju)(ju)(ju)鋼(gang)(gang)(gang)。德國VSG 公(gong)司采用(yong)(yong)(yong)加壓電(dian)渣重熔和(he)精密鍛造技術開發出高氮不銹軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang) Cronidur 30(15Cr-1Mo-0.3C-0.4N),具(ju)(ju)(ju)備(bei)強(qiang)度和(he)硬(ying)度高、韌(ren)性(xing)(xing)好、耐腐蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)優(you)(you)異(yi)和(he)回火穩定(ding)性(xing)(xing)強(qiang)等(deng)(deng)特(te)點,其(qi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)明(ming)顯(xian)優(you)(you)于(yu)(yu)目前航空航天領域的(de)(de)商(shang)用(yong)(yong)(yong)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)鋼(gang)(gang)(gang)(M50和(he)M50NiL等(deng)(deng)),已應用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)航天飛機(ji)(ji)燃料(liao)(liao)泵軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)、遙感(gan)衛星控制力矩陀螺高速轉子軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)、飛機(ji)(ji)渦(wo)輪發動機(ji)(ji)主(zhu)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)、起落架滾珠絲(si)杠、直升(sheng)機(ji)(ji)旋轉斜盤(pan)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)等(deng)(deng)部件(jian)。奧地利B?hler公(gong)司利用(yong)(yong)(yong)加壓電(dian)渣重熔工藝(yi),開發了性(xing)(xing)能(neng)(neng)優(you)(you)異(yi)的(de)(de)含氮M303(0.1%N)、M333(0.1%N)和(he)M340(0.2%N)耐蝕塑(su)(su)料(liao)(liao)模(mo)具(ju)(ju)(ju)鋼(gang)(gang)(gang),其(qi)純凈(jing)度更(geng)高,組織更(geng)均勻(yun)細小,同時具(ju)(ju)(ju)有(you)極(ji)佳的(de)(de)拋光和(he)耐腐蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)、良好的(de)(de)韌(ren)性(xing)(xing)、加工性(xing)(xing)能(neng)(neng)以及尺寸穩定(ding)性(xing)(xing),滿(man)足了高端耐蝕鏡面塑(su)(su)料(liao)(liao)模(mo)具(ju)(ju)(ju)市場需(xu)求。


  日本國家材料研究所于1997年開始進(jin)行日本超(chao)級鋼開發計劃(STX21)中的“耐(nai)海水腐蝕(shi)不銹鋼的開發”工作,利(li)用復(fu)合電極的加壓(ya)電渣爐在4MPa下開發出節省(sheng)資源型(xing)高性能(neng)耐(nai)海水腐蝕(shi)高氮(dan)不銹鋼 23Cr-4Ni-2Mo-1N。該(gai)鋼種具有(you)極其優(you)異的耐(nai)蝕(shi)性,抗拉強度達到1200MPa以上,延伸率與SUS 304不銹鋼相當,并且在-196~500℃范圍(wei)內(nei)具有(you)同樣的特(te)性。




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