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(gang)的(de)耐蝕性適用(yong)于無污(wu)染和(he)輕(qing)污(wu)染的(de)大(da)氣和(he)清潔(jie)水環境以及弱腐蝕性的(de)酸、堿、鹽等介質,可部分代替12Cr17Ni7、12Cr18Ni9等鋼(gang)。
該類鋼可用(yong)于建筑裝飾、廚房、衛生間設備和(he)用(yong)具(ju)、家用(yong)電器、交通運輸以及工業部(bu)門的設備和(he)零件。
Cr-Ni-Mn-N奧氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)是(shi)20世(shi)紀三(san)四十(shi)年代(dai)開始廣泛(fan)研究的不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)種類。其(qi)最初的目的主要(yao)是(shi)將(jiang)奧氏體形成元素N、Mn加(jia)(jia)入(ru)(ru)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong),以替代(dai)貴重金屬Ni,從而節約資(zi)源(yuan),解(jie)決(jue)Ni資(zi)源(yuan)匱乏的問題(ti)。隨著冶金技術的發展,到20世(shi)紀六七十(shi)年代(dai),加(jia)(jia)壓冶金技術的出現,使得(de)常壓下在鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong)溶解(jie)度很小的N能(neng)更(geng)多(duo)地加(jia)(jia)入(ru)(ru)鋼(gang)(gang)(gang)中(zhong),目前已可以加(jia)(jia)到2.3%。N加(jia)(jia)入(ru)(ru)的主要(yao)作用(yong)一是(shi)顯著提(ti)升鋼(gang)(gang)(gang)的力學性(xing)能(neng),二是(shi)明顯增加(jia)(jia)鋼(gang)(gang)(gang)耐局部腐蝕的能(neng)力。
Cr-Ni-Mn-N奧氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)和(he)(he)Cr-Ni奧氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)相(xiang)比(bi),最(zui)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)區別是(shi)大(da)(da)量(liang)地(di)加入(ru)了合金元(yuan)素(su)Mn、N,從(cong)而(er)帶來了一(yi)系列(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)變(bian)化(hua)(hua)。N在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加入(ru),之所以(yi)引起人們極大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關注,主要(yao)跟(gen)其在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用緊密相(xiang)關。N在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用很多,其中(zhong)(zhong)最(zui)主要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)現(xian)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)三方面:對(dui)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)基體(ti)組織的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響;對(dui)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)力(li)(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響;對(dui)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響。研究表(biao)(biao)(biao)(biao)明(ming)(ming),N是(shi)非常強(qiang)烈地(di)形(xing)(xing)成(cheng)并穩(wen)定奧氏(shi)(shi)體(ti)且擴大(da)(da)奧氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)。據估算,1kg的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)N相(xiang)當于(yu)6~22kgNi。N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這(zhe)(zhe)種作(zuo)用使(shi)其在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)可(ke)(ke)以(yi)代替部分Ni,降(jiang)低鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵素(su)體(ti)含(han)量(liang),可(ke)(ke)以(yi)使(shi)奧氏(shi)(shi)體(ti)更(geng)穩(wen)定,防止有害金屬間相(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)(chu),甚至在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)冷(leng)加工(gong)(gong)條件下可(ke)(ke)避免出(chu)(chu)現(xian)馬氏(shi)(shi)體(ti)轉變(bian)。人們對(dui)N在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用最(zui)感興趣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)其在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)力(li)(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)方面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)現(xian),很多含(han)氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)和(he)(he)高(gao)氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)作(zuo),都是(shi)圍繞N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這(zhe)(zhe)一(yi)作(zuo)用開展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。N對(dui)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)力(li)(li)(li)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響,突出(chu)(chu)表(biao)(biao)(biao)(biao)現(xian)為(wei)(wei):N在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)顯(xian)(xian)著(zhu)提(ti)(ti)高(gao)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)同(tong)時,并不(bu)(bu)(bu)降(jiang)低材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑、韌性(xing)(xing),這(zhe)(zhe)為(wei)(wei)研究高(gao)強(qiang)高(gao)韌鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)提(ti)(ti)供(gong)了途徑(jing)。工(gong)(gong)業用鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)表(biao)(biao)(biao)(biao)明(ming)(ming),N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加入(ru),使(shi)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)比(bi)不(bu)(bu)(bu)含(han)N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)提(ti)(ti)高(gao)2~3倍。此外,N也提(ti)(ti)高(gao)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗蠕變(bian)、疲勞(lao)、磨損(sun)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)。大(da)(da)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)驗數據表(biao)(biao)(biao)(biao)明(ming)(ming):在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)奧氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong),每加入(ru)0.10%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)N,其強(qiang)度(du)提(ti)(ti)高(gao)60~100MPa。N提(ti)(ti)高(gao)屈服強(qiang)度(du)主要(yao)有四(si)個途徑(jing):固溶強(qiang)化(hua)(hua);晶(jing)粒(li)尺寸效(xiao)應;形(xing)(xing)變(bian)硬化(hua)(hua);沉(chen)淀(dian)(dian)硬化(hua)(hua)。N對(dui)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有益(yi)作(zuo)用表(biao)(biao)(biao)(biao)現(xian)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)耐(nai)(nai)(nai)晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、縫(feng)(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。N對(dui)晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響比(bi)較(jiao)復雜,一(yi)般(ban)認為(wei)(wei),N含(han)量(liang)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)0.16%以(yi)下,對(dui)耐(nai)(nai)(nai)晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)有益(yi)。N對(dui)晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用機理(li)主要(yao)有:N延緩富(fu)Cr碳化(hua)(hua)物核的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)和(he)(he)長(chang)大(da)(da)過程;降(jiang)低Cr在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing);形(xing)(xing)成(cheng)氮化(hua)(hua)鉻沉(chen)淀(dian)(dian),減少Cr的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)(chu)。相(xiang)比(bi)之下,N對(dui)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、縫(feng)(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有益(yi)作(zuo)用更(geng)為(wei)(wei)明(ming)(ming)顯(xian)(xian)。界面靠近金屬側的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)碳,會影(ying)響再鈍(dun)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)力(li)(li)(li),可(ke)(ke)迅速(su)再鈍(dun)化(hua)(hua),從(cong)而(er)可(ke)(ke)抑制點(dian)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩(wen)定生長(chang)。N與(yu)其他元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)協同(tong)作(zuo)用,如N可(ke)(ke)抑制Cr、Mo等的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過鈍(dun)化(hua)(hua)溶解,能(neng)(neng)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)局部腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)過程中(zhong)(zhong)形(xing)(xing)成(cheng)更(geng)具有抗腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)(biao)層,提(ti)(ti)高(gao)耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)。
為了提(ti)高N的(de)溶解(jie)度,Mn元素(su)被大量加入(ru)。在節鎳奧氏(shi)(shi)(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong),Mn是非(fei)常重要的(de)合金(jin)元素(su),其主(zhu)要作用(yong)是與強烈形(xing)成奧氏(shi)(shi)(shi)體的(de)元素(su)N復合加入(ru)到鋼中(zhong),以節約奧氏(shi)(shi)(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)的(de)Ni。Mn是比較弱(ruo)的(de)奧氏(shi)(shi)(shi)體形(xing)成元素(su),但具(ju)有(you)強烈穩定奧氏(shi)(shi)(shi)體的(de)作用(yong)。Cr-Ni奧氏(shi)(shi)(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong),隨(sui)著 Mn含量增(zeng)加強度提(ti)高。在無鎳的(de)Cr-Mn-N奧氏(shi)(shi)(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼中(zhong)低溫下會出現韌脆轉變現象。
以(yi)Mn、N代Ni的節(jie)Ni和無Ni奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang),其耐(nai)蝕性(xing)主要(yao)取決于鋼(gang)的Cr、Ni、Mo、N等(deng)元素(su)的含量,而Mn的作用甚微。目前研(yan)制成熟的鋼(gang)種主要(yao)有(you)200系列。還有(you)一些(xie)鋼(gang)種也(ye)在廣(guang)泛研(yan)究中。

