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(bu)銹(xiu)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(gang)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(dan)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年召開第一屆(jie)高氮(dan)(dan)鋼(gang)國(guo)際會議(yi)(yi)后,相(xiang)繼在(zai)聯邦(bang)德國(guo)、日本、比利時和中國(guo)等(deng)召開了(le)12屆(jie),各國(guo)的(de)(de)科(ke)研(yan)人員就高氮(dan)(dan)鋼(gang)的(de)(de)研(yan)究與開發等(deng)議(yi)(yi)題進行(xing)了(le)深入的(de)(de)交流與探(tan)討。高氮(dan)(dan)鋼(gang)國(guo)際會議(yi)(yi)的(de)(de)連續(xu)召開極(ji)大(da)地推動了(le)世(shi)界(jie)高氮(dan)(dan)鋼(gang)的(de)(de)發展,也進一步加深了(le)人們(men)對氮(dan)(dan)在(zai)鋼(gang)中作用機理的(de)(de)認識。


  到20世紀80~90年代(dai),高(gao)氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)的制備技(ji)術(shu),特別是加(jia)(jia)壓(ya)冶煉(lian)設備取得了(le)長(chang)足(zu)的發(fa)展,研發(fa)出加(jia)(jia)壓(ya)等(deng)離(li)子電弧熔煉(lian)、加(jia)(jia)壓(ya)鋼(gang)包(bao)氮(dan)(dan)(dan)氣吹洗(xi)法、加(jia)(jia)壓(ya)感應熔煉(lian)等(deng)技(ji)術(shu)。1980年以(yi)來,德(de)國Krupp和VSG(Vereinigte Schmiedewerke GmbH)公司(si)(si)相繼建成了(le)用(yong)(yong)于工業化(hua)生產高(gao)氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)的16t和20t 加(jia)(jia)壓(ya)電渣爐,其(qi)壓(ya)力(li)可達(da)4.2MPa,主要通過(guo)添加(jia)(jia)Si3N4等(deng)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)合金來完成增(zeng)氮(dan)(dan)(dan)任務。利(li)用(yong)(yong)該(gai)技(ji)術(shu),德(de)國VSG公司(si)(si)分別于1975年、1981年和1996年成功研制出大型火力(li)發(fa)電機護(hu)環(huan)(huan)用(yong)(yong)鋼(gang)P900(18Cr-18Mn-0.6N)、P900-N(18Cr-18Mn-0.9N)和P2000(16Cr-14Mn-3Mo-0.9N)。目前護(hu)環(huan)(huan)用(yong)(yong)高(gao)氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)已在(zai)發(fa)達(da)國家得到廣泛應用(yong)(yong)。南非 Columbus Joint Venture(CJV)公司(si)(si)商業化(hua)生產了(le)19Cr-10Mn-1Ni-0.5N,此(ci)鋼(gang)種在(zai)強度、韌性、延展性、加(jia)(jia)工硬化(hua)能力(li)以(yi)及耐腐(fu)蝕性能方面表現(xian)優(you)異。后來,瑞士(shi)的Nitrofer AG(NAG)公司(si)(si)改進了(le)19Cr-10Mn-1Ni-0.5Mo-0.5N,研制了(le)一(yi)種加(jia)(jia)工硬化(hua)能力(li)極高(gao),并(bing)具有較高(gao)的硬度、良好的韌性和優(you)異耐腐(fu)蝕性能的高(gao)氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)。


  隨(sui)著(zhu)人們對氮(dan)(dan)在不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)中作用機(ji)制(zhi)(zhi)認識的(de)(de)不(bu)斷深(shen)入,基于(yu)以(yi)氮(dan)(dan)代碳的(de)(de)合金(jin)設計理念,開(kai)發出一系列性(xing)能(neng)優(you)異(yi)的(de)(de)高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)軸(zhou)(zhou)(zhou)承鋼(gang)及(ji)耐蝕(shi)(shi)塑料模(mo)具(ju)(ju)鋼(gang)。德國(guo)VSG 公(gong)司(si)(si)采用加(jia)壓電渣(zha)重熔和(he)(he)精(jing)密鍛造技術開(kai)發出高(gao)(gao)氮(dan)(dan)不(bu)銹(xiu)(xiu)軸(zhou)(zhou)(zhou)承鋼(gang) Cronidur 30(15Cr-1Mo-0.3C-0.4N),具(ju)(ju)備強度(du)和(he)(he)硬(ying)度(du)高(gao)(gao)、韌(ren)性(xing)好(hao)、耐腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)優(you)異(yi)和(he)(he)回火穩(wen)定(ding)性(xing)強等(deng)(deng)特點,其性(xing)能(neng)明顯優(you)于(yu)目(mu)前航(hang)空航(hang)天(tian)(tian)領域(yu)的(de)(de)商(shang)用軸(zhou)(zhou)(zhou)承鋼(gang)(M50和(he)(he)M50NiL等(deng)(deng)),已應用于(yu)航(hang)天(tian)(tian)飛機(ji)燃料泵軸(zhou)(zhou)(zhou)承、遙感(gan)衛星(xing)控制(zhi)(zhi)力矩陀螺高(gao)(gao)速轉(zhuan)子軸(zhou)(zhou)(zhou)承、飛機(ji)渦輪發動機(ji)主軸(zhou)(zhou)(zhou)承、起落架滾珠絲杠、直升機(ji)旋轉(zhuan)斜盤(pan)軸(zhou)(zhou)(zhou)承等(deng)(deng)部件。奧地利B?hler公(gong)司(si)(si)利用加(jia)壓電渣(zha)重熔工藝,開(kai)發了性(xing)能(neng)優(you)異(yi)的(de)(de)含氮(dan)(dan)M303(0.1%N)、M333(0.1%N)和(he)(he)M340(0.2%N)耐蝕(shi)(shi)塑料模(mo)具(ju)(ju)鋼(gang),其純凈(jing)度(du)更高(gao)(gao),組織更均勻細小,同(tong)時(shi)具(ju)(ju)有(you)極佳的(de)(de)拋光和(he)(he)耐腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)、良好(hao)的(de)(de)韌(ren)性(xing)、加(jia)工性(xing)能(neng)以(yi)及(ji)尺(chi)寸(cun)穩(wen)定(ding)性(xing),滿(man)足了高(gao)(gao)端耐蝕(shi)(shi)鏡面(mian)塑料模(mo)具(ju)(ju)市場需(xu)求(qiu)。


  日(ri)本(ben)國家材料研究所于1997年開(kai)(kai)始(shi)進行日(ri)本(ben)超(chao)級鋼開(kai)(kai)發(fa)計劃(STX21)中的(de)“耐(nai)海(hai)水腐蝕不(bu)銹鋼的(de)開(kai)(kai)發(fa)”工作,利用復合電極(ji)的(de)加壓電渣爐在4MPa下開(kai)(kai)發(fa)出節(jie)省資源型高性(xing)能耐(nai)海(hai)水腐蝕高氮不(bu)銹鋼 23Cr-4Ni-2Mo-1N。該鋼種具有(you)極(ji)其優異的(de)耐(nai)蝕性(xing),抗拉強度達到(dao)1200MPa以上,延伸率(lv)與SUS 304不(bu)銹鋼相(xiang)當(dang),并且在-196~500℃范圍內具有(you)同樣(yang)的(de)特性(xing)。




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