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(bu)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(ti)不銹鋼雙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(gao)氮不銹鋼研究開始于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1988年召開(kai)第一屆(jie)高氮鋼(gang)(gang)國際(ji)會議后,相繼(ji)在聯邦(bang)德國、日本、比(bi)利(li)時(shi)和中國等召開(kai)了(le)(le)12屆(jie),各國的(de)科研人(ren)員就高氮鋼(gang)(gang)的(de)研究與開(kai)發等議題進行(xing)了(le)(le)深入的(de)交流與探討(tao)。高氮鋼(gang)(gang)國際(ji)會議的(de)連續召開(kai)極(ji)大地(di)推動了(le)(le)世界(jie)高氮鋼(gang)(gang)的(de)發展,也進一步加深了(le)(le)人(ren)們對氮在鋼(gang)(gang)中作用機理的(de)認識。


  到(dao)20世紀80~90年代,高氮(dan)鋼(gang)的制(zhi)(zhi)備技(ji)術,特別是加(jia)壓(ya)(ya)冶(ye)煉設備取得了長足的發展,研發出加(jia)壓(ya)(ya)等離子電(dian)弧(hu)熔煉、加(jia)壓(ya)(ya)鋼(gang)包(bao)氮(dan)氣吹洗法、加(jia)壓(ya)(ya)感應熔煉等技(ji)術。1980年以(yi)來,德國Krupp和(he)VSG(Vereinigte Schmiedewerke GmbH)公(gong)司(si)相繼建成(cheng)了用(yong)于(yu)(yu)工(gong)(gong)業化生產高氮(dan)鋼(gang)的16t和(he)20t 加(jia)壓(ya)(ya)電(dian)渣爐(lu),其壓(ya)(ya)力可達4.2MPa,主要通(tong)過添加(jia)Si3N4等氮(dan)化合(he)金來完成(cheng)增氮(dan)任務(wu)。利(li)用(yong)該技(ji)術,德國VSG公(gong)司(si)分別于(yu)(yu)1975年、1981年和(he)1996年成(cheng)功研制(zhi)(zhi)出大型火力發電(dian)機護環用(yong)鋼(gang)P900(18Cr-18Mn-0.6N)、P900-N(18Cr-18Mn-0.9N)和(he)P2000(16Cr-14Mn-3Mo-0.9N)。目(mu)前護環用(yong)高氮(dan)鋼(gang)已在發達國家得到(dao)廣泛應用(yong)。南非(fei) Columbus Joint Venture(CJV)公(gong)司(si)商業化生產了19Cr-10Mn-1Ni-0.5N,此鋼(gang)種在強度(du)、韌(ren)(ren)性(xing)、延展性(xing)、加(jia)工(gong)(gong)硬化能(neng)力以(yi)及(ji)耐(nai)腐蝕性(xing)能(neng)方(fang)面表現優異。后來,瑞士的Nitrofer AG(NAG)公(gong)司(si)改進(jin)了19Cr-10Mn-1Ni-0.5Mo-0.5N,研制(zhi)(zhi)了一種加(jia)工(gong)(gong)硬化能(neng)力極高,并具有(you)較(jiao)高的硬度(du)、良好的韌(ren)(ren)性(xing)和(he)優異耐(nai)腐蝕性(xing)能(neng)的高氮(dan)鋼(gang)。


  隨著(zhu)人們對(dui)氮(dan)在(zai)不銹鋼中作用(yong)(yong)機(ji)制認識的(de)(de)(de)不斷深入(ru),基于以(yi)氮(dan)代碳(tan)的(de)(de)(de)合(he)金設計理念,開(kai)發(fa)出一系(xi)列性(xing)能(neng)優異(yi)(yi)(yi)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)氮(dan)不銹軸承(cheng)鋼及耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)塑料模具(ju)鋼。德國VSG 公司(si)采用(yong)(yong)加(jia)(jia)壓電渣(zha)重熔(rong)和(he)(he)精密(mi)鍛(duan)造(zao)技術開(kai)發(fa)出高(gao)(gao)氮(dan)不銹軸承(cheng)鋼 Cronidur 30(15Cr-1Mo-0.3C-0.4N),具(ju)備強度和(he)(he)硬度高(gao)(gao)、韌性(xing)好、耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)優異(yi)(yi)(yi)和(he)(he)回(hui)火穩(wen)定(ding)性(xing)強等特點,其性(xing)能(neng)明(ming)顯優于目前航(hang)空航(hang)天領域的(de)(de)(de)商用(yong)(yong)軸承(cheng)鋼(M50和(he)(he)M50NiL等),已應用(yong)(yong)于航(hang)天飛(fei)機(ji)燃(ran)料泵(beng)軸承(cheng)、遙感(gan)衛(wei)星控制力矩陀螺(luo)高(gao)(gao)速轉子軸承(cheng)、飛(fei)機(ji)渦(wo)輪發(fa)動(dong)機(ji)主軸承(cheng)、起落(luo)架滾珠絲杠、直升(sheng)機(ji)旋轉斜(xie)盤軸承(cheng)等部件。奧(ao)地利B?hler公司(si)利用(yong)(yong)加(jia)(jia)壓電渣(zha)重熔(rong)工(gong)藝,開(kai)發(fa)了(le)性(xing)能(neng)優異(yi)(yi)(yi)的(de)(de)(de)含氮(dan)M303(0.1%N)、M333(0.1%N)和(he)(he)M340(0.2%N)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)塑料模具(ju)鋼,其純凈度更高(gao)(gao),組織更均勻細(xi)小,同時具(ju)有極(ji)佳的(de)(de)(de)拋(pao)光和(he)(he)耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)、良好的(de)(de)(de)韌性(xing)、加(jia)(jia)工(gong)性(xing)能(neng)以(yi)及尺寸(cun)穩(wen)定(ding)性(xing),滿足了(le)高(gao)(gao)端耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)鏡面塑料模具(ju)市場需求。


  日本國(guo)家材料研究所于1997年開(kai)始進(jin)行日本超級鋼(gang)開(kai)發計劃(STX21)中的(de)(de)“耐(nai)海水腐蝕(shi)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)開(kai)發”工(gong)作,利用復(fu)合電極的(de)(de)加壓電渣爐在4MPa下開(kai)發出節省資源型高性能耐(nai)海水腐蝕(shi)高氮不銹(xiu)鋼(gang) 23Cr-4Ni-2Mo-1N。該(gai)鋼(gang)種(zhong)具有極其優異的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性,抗(kang)拉強(qiang)度(du)達到(dao)1200MPa以(yi)上,延伸率(lv)與SUS 304不銹(xiu)鋼(gang)相當,并且在-196~500℃范圍內具有同樣的(de)(de)特性。




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