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(gang)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(dan)不銹鋼研究開始于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(cong)1988年召開(kai)第(di)一屆(jie)高(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)(gang)國際會(hui)議后,相繼在(zai)聯(lian)邦德(de)國、日本(ben)、比利時(shi)和中國等召開(kai)了12屆(jie),各國的(de)科(ke)研(yan)人(ren)員就(jiu)高(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)(gang)的(de)研(yan)究與(yu)開(kai)發等議題進行(xing)了深入(ru)的(de)交(jiao)流與(yu)探(tan)討。高(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)(gang)國際會(hui)議的(de)連續召開(kai)極大(da)地推(tui)動了世界高(gao)氮(dan)(dan)鋼(gang)(gang)的(de)發展,也進一步加(jia)深了人(ren)們對氮(dan)(dan)在(zai)鋼(gang)(gang)中作(zuo)用機理的(de)認(ren)識。


  到20世紀(ji)80~90年(nian)代,高(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)制備技(ji)術,特別是加(jia)(jia)(jia)(jia)壓(ya)冶煉設備取得(de)了長足的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展,研(yan)發(fa)出(chu)加(jia)(jia)(jia)(jia)壓(ya)等(deng)離子電弧熔煉、加(jia)(jia)(jia)(jia)壓(ya)鋼(gang)(gang)包(bao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣(qi)吹(chui)洗法、加(jia)(jia)(jia)(jia)壓(ya)感應(ying)熔煉等(deng)技(ji)術。1980年(nian)以來(lai),德(de)國(guo)Krupp和VSG(Vereinigte Schmiedewerke GmbH)公司(si)(si)相繼建成了用于(yu)工(gong)業化(hua)(hua)生產高(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)16t和20t 加(jia)(jia)(jia)(jia)壓(ya)電渣爐,其壓(ya)力可達4.2MPa,主(zhu)要通過添加(jia)(jia)(jia)(jia)Si3N4等(deng)氮(dan)(dan)(dan)(dan)化(hua)(hua)合金來(lai)完成增氮(dan)(dan)(dan)(dan)任務。利用該技(ji)術,德(de)國(guo)VSG公司(si)(si)分別于(yu)1975年(nian)、1981年(nian)和1996年(nian)成功研(yan)制出(chu)大型火力發(fa)電機護(hu)環用鋼(gang)(gang)P900(18Cr-18Mn-0.6N)、P900-N(18Cr-18Mn-0.9N)和P2000(16Cr-14Mn-3Mo-0.9N)。目(mu)前(qian)護(hu)環用高(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)鋼(gang)(gang)已在發(fa)達國(guo)家得(de)到廣(guang)泛應(ying)用。南非(fei) Columbus Joint Venture(CJV)公司(si)(si)商業化(hua)(hua)生產了19Cr-10Mn-1Ni-0.5N,此(ci)鋼(gang)(gang)種(zhong)在強度、韌性、延(yan)展性、加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)硬化(hua)(hua)能(neng)力以及耐腐蝕性能(neng)方面表現(xian)優(you)異(yi)。后來(lai),瑞士的(de)(de)(de)(de)(de)Nitrofer AG(NAG)公司(si)(si)改進了19Cr-10Mn-1Ni-0.5Mo-0.5N,研(yan)制了一種(zhong)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)硬化(hua)(hua)能(neng)力極高(gao),并具有較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)硬度、良好的(de)(de)(de)(de)(de)韌性和優(you)異(yi)耐腐蝕性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)(dan)鋼(gang)(gang)。


  隨著人們(men)對氮(dan)(dan)在不(bu)銹鋼中(zhong)作用機(ji)(ji)(ji)制認識的(de)(de)不(bu)斷深入(ru),基(ji)于以氮(dan)(dan)代碳的(de)(de)合金設計(ji)理(li)念(nian),開發(fa)(fa)出一系(xi)列性(xing)能優(you)異(yi)(yi)的(de)(de)高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹軸(zhou)承鋼及(ji)耐(nai)蝕塑料模(mo)具(ju)鋼。德國VSG 公(gong)司(si)采用加壓(ya)電渣重熔和(he)精密鍛造技術開發(fa)(fa)出高(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹軸(zhou)承鋼 Cronidur 30(15Cr-1Mo-0.3C-0.4N),具(ju)備(bei)強度(du)和(he)硬度(du)高(gao)、韌性(xing)好、耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)能優(you)異(yi)(yi)和(he)回(hui)火穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)強等(deng)特(te)點,其性(xing)能明顯優(you)于目前(qian)航(hang)空航(hang)天(tian)領域的(de)(de)商(shang)用軸(zhou)承鋼(M50和(he)M50NiL等(deng)),已應用于航(hang)天(tian)飛(fei)機(ji)(ji)(ji)燃料泵(beng)軸(zhou)承、遙(yao)感衛(wei)星控制力矩陀螺高(gao)速轉子軸(zhou)承、飛(fei)機(ji)(ji)(ji)渦輪發(fa)(fa)動機(ji)(ji)(ji)主軸(zhou)承、起落架滾(gun)珠絲杠(gang)、直升機(ji)(ji)(ji)旋轉斜盤軸(zhou)承等(deng)部件。奧地利(li)B?hler公(gong)司(si)利(li)用加壓(ya)電渣重熔工藝(yi),開發(fa)(fa)了(le)(le)性(xing)能優(you)異(yi)(yi)的(de)(de)含氮(dan)(dan)M303(0.1%N)、M333(0.1%N)和(he)M340(0.2%N)耐(nai)蝕塑料模(mo)具(ju)鋼,其純凈(jing)度(du)更高(gao),組(zu)織更均勻細(xi)小,同(tong)時(shi)具(ju)有極(ji)佳的(de)(de)拋光和(he)耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)能、良(liang)好的(de)(de)韌性(xing)、加工性(xing)能以及(ji)尺寸穩(wen)定(ding)(ding)性(xing),滿足了(le)(le)高(gao)端耐(nai)蝕鏡面塑料模(mo)具(ju)市場(chang)需求(qiu)。


  日(ri)本(ben)國家材(cai)料研究所于1997年開(kai)始進行日(ri)本(ben)超級鋼開(kai)發(fa)計劃(hua)(STX21)中的“耐(nai)海水腐(fu)蝕(shi)不銹鋼的開(kai)發(fa)”工作,利(li)用復合電極(ji)的加(jia)壓電渣爐在4MPa下開(kai)發(fa)出節省資源型高性能耐(nai)海水腐(fu)蝕(shi)高氮不銹鋼 23Cr-4Ni-2Mo-1N。該鋼種具有極(ji)其優異的耐(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(qie)在-196~500℃范圍(wei)內具有同樣的特性。




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