鉻-鎳-錳-氮奧氏體不(bu)銹鋼,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。
該類鋼的(de)耐蝕(shi)性(xing)(xing)適用于無(wu)污染(ran)和(he)輕污染(ran)的(de)大氣和(he)清潔水環境(jing)以及弱(ruo)腐蝕(shi)性(xing)(xing)的(de)酸、堿、鹽(yan)等介質,可部分代替12Cr17Ni7、12Cr18Ni9等鋼。
該類鋼(gang)可用于建筑(zhu)裝飾、廚房(fang)、衛生間(jian)設備(bei)和用具(ju)、家(jia)用電器(qi)、交通運輸以及工業部門(men)的設備(bei)和零件。
Cr-Ni-Mn-N奧氏體不銹鋼是(shi)20世紀三四十(shi)年(nian)代(dai)開始廣泛(fan)研究(jiu)的(de)(de)不銹鋼種類(lei)。其最初的(de)(de)目的(de)(de)主要是(shi)將奧氏體形成元素N、Mn加(jia)(jia)(jia)入鋼中(zhong),以替代(dai)貴重(zhong)金(jin)屬(shu)Ni,從而節約資(zi)源(yuan),解決Ni資(zi)源(yuan)匱乏的(de)(de)問(wen)題。隨著冶(ye)金(jin)技(ji)術的(de)(de)發(fa)展(zhan),到20世紀六七十(shi)年(nian)代(dai),加(jia)(jia)(jia)壓(ya)冶(ye)金(jin)技(ji)術的(de)(de)出現,使得(de)常壓(ya)下(xia)在(zai)鋼中(zhong)溶解度(du)很小的(de)(de)N能更多地加(jia)(jia)(jia)入鋼中(zhong),目前已可以加(jia)(jia)(jia)到2.3%。N加(jia)(jia)(jia)入的(de)(de)主要作用(yong)一是(shi)顯著提升鋼的(de)(de)力(li)學性能,二是(shi)明顯增(zeng)加(jia)(jia)(jia)鋼耐局(ju)部腐(fu)蝕的(de)(de)能力(li)。
Cr-Ni-Mn-N奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)和Cr-Ni奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)相比,最(zui)(zui)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)區別是(shi)大(da)量地(di)加(jia)(jia)入(ru)了合金(jin)元素(su)(su)Mn、N,從而帶(dai)來了一系列(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)變(bian)化(hua)(hua)。N在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)入(ru),之所以(yi)引起人們(men)極大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)注,主(zhu)要(yao)跟其(qi)在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)緊(jin)密相關(guan)。N在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)很多,其(qi)中(zhong)(zhong)最(zui)(zui)主(zhu)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)現在(zai)(zai)(zai)三方面:對(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)基體(ti)組織的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響;對(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)力(li)(li)學性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響;對(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響。研究表(biao)明,N是(shi)非常強(qiang)(qiang)烈(lie)地(di)形(xing)成并穩定奧(ao)氏體(ti)且擴大(da)奧(ao)氏體(ti)相區的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)元素(su)(su)。據(ju)估算,1kg的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)N相當于6~22kgNi。N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這種作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)使(shi)其(qi)在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)可以(yi)代替部分Ni,降低(di)(di)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鐵素(su)(su)體(ti)含(han)量,可以(yi)使(shi)奧(ao)氏體(ti)更穩定,防止有(you)害金(jin)屬間(jian)(jian)相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu),甚至在(zai)(zai)(zai)冷(leng)加(jia)(jia)工條件下可避(bi)免(mian)出(chu)現馬氏體(ti)轉變(bian)。人們(men)對(dui)N在(zai)(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)最(zui)(zui)感興趣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)其(qi)在(zai)(zai)(zai)力(li)(li)學性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)方面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)現,很多含(han)氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)和高(gao)(gao)(gao)氮鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo),都是(shi)圍繞N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)這一作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)開(kai)展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。N對(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)力(li)(li)學性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響,突出(chu)表(biao)現為:N在(zai)(zai)(zai)顯(xian)著提(ti)高(gao)(gao)(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)強(qiang)(qiang)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)同時,并不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)降低(di)(di)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑(su)、韌性(xing)(xing),這為研究高(gao)(gao)(gao)強(qiang)(qiang)高(gao)(gao)(gao)韌鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)提(ti)供了途(tu)徑。工業用(yong)(yong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)表(biao)明,N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)入(ru),使(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)比不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)含(han)N的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)提(ti)高(gao)(gao)(gao)2~3倍。此外,N也提(ti)高(gao)(gao)(gao)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)蠕變(bian)、疲勞、磨損能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)。大(da)量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗數據(ju)表(biao)明:在(zai)(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong),每加(jia)(jia)入(ru)0.10%的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)N,其(qi)強(qiang)(qiang)度(du)提(ti)高(gao)(gao)(gao)60~100MPa。N提(ti)高(gao)(gao)(gao)屈服強(qiang)(qiang)度(du)主(zhu)要(yao)有(you)四(si)個途(tu)徑:固溶(rong)(rong)強(qiang)(qiang)化(hua)(hua);晶粒(li)尺寸效應;形(xing)變(bian)硬化(hua)(hua);沉淀硬化(hua)(hua)。N對(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)益(yi)(yi)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)表(biao)現在(zai)(zai)(zai)耐(nai)晶間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、縫(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)。N對(dui)晶間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響比較復雜,一般認為,N含(han)量在(zai)(zai)(zai)0.16%以(yi)下,對(dui)耐(nai)晶間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)有(you)益(yi)(yi)。N對(dui)晶間(jian)(jian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)機理主(zhu)要(yao)有(you):N延緩富Cr碳化(hua)(hua)物核的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成和長(chang)大(da)過(guo)程(cheng);降低(di)(di)Cr在(zai)(zai)(zai)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing);形(xing)成氮化(hua)(hua)鉻沉淀,減少Cr的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)析(xi)出(chu)。相比之下,N對(dui)點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、縫(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)益(yi)(yi)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)更為明顯(xian)。界(jie)面靠近金(jin)屬側(ce)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)碳,會影(ying)響再鈍化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)動力(li)(li),可迅速再鈍化(hua)(hua),從而可抑(yi)(yi)制(zhi)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)穩定生長(chang)。N與其(qi)他元素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)協(xie)同作(zuo)(zuo)用(yong)(yong),如N可抑(yi)(yi)制(zhi)Cr、Mo等的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)過(guo)鈍化(hua)(hua)溶(rong)(rong)解,能(neng)(neng)(neng)在(zai)(zai)(zai)局(ju)部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)形(xing)成更具(ju)有(you)抗(kang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)層,提(ti)高(gao)(gao)(gao)耐(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)。
為了(le)提高N的(de)(de)溶(rong)解度,Mn元素(su)被大量(liang)加入(ru)。在(zai)節鎳(nie)奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中,Mn是(shi)非常重(zhong)要的(de)(de)合(he)金元素(su),其(qi)主要作用(yong)是(shi)與(yu)強(qiang)烈形成(cheng)奧(ao)氏(shi)體的(de)(de)元素(su)N復合(he)加入(ru)到鋼(gang)(gang)中,以節約奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中的(de)(de)Ni。Mn是(shi)比(bi)較弱的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體形成(cheng)元素(su),但(dan)具有(you)強(qiang)烈穩定奧(ao)氏(shi)體的(de)(de)作用(yong)。Cr-Ni奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中,隨著 Mn含量(liang)增加強(qiang)度提高。在(zai)無鎳(nie)的(de)(de)Cr-Mn-N奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)中低溫下會出現(xian)韌脆轉變現(xian)象。
以Mn、N代Ni的(de)節(jie)Ni和無(wu)Ni奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang),其耐蝕性(xing)主要(yao)取決(jue)于鋼(gang)的(de)Cr、Ni、Mo、N等元素的(de)含量(liang),而(er)Mn的(de)作用甚微。目前研制成熟的(de)鋼(gang)種主要(yao)有200系列(lie)。還有一些鋼(gang)種也在(zai)廣泛研究中(zhong)。