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氮?dú)獯蹈蓛x超低碳不銹鋼（氮?dú)獯祾邇x選材）

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氮?dú)獯蹈蓛x在選用耐腐蝕的金屬材料是重要的防腐蝕措施之一,其中不銹鋼材料占有zui重要地位。不銹鋼誕生已有近百年歷史,隨著石油、化工、能源、宇航、海洋和生物工程等工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)不銹鋼提出了更高的耐蝕及綜合性能要求。奧氏體不銹鋼被廣泛用于工領(lǐng)域,具有良好的韌性、抗均勻腐蝕、抗局部腐蝕(點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕等)性能。但奧氏體不銹鋼(如AISI304L,316L)在高溫氯化環(huán)境中,易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋,此時(shí)適合采用高鎳不銹鋼和鐵素體不銹鋼,但用Ni合金化的奧氏體不銹鋼成本昂貴,而鐵素體不銹鋼韌性和厚鋼板焊接性能較差。因此介于奧氏體和鐵素體不銹鋼之間的雙相不銹鋼被研制出來(lái),它具有較好的力學(xué)性能與抗腐蝕性能(包括應(yīng)力腐蝕性能)。氮?dú)獯蹈蓛x雙相不銹鋼成分范圍寬,可針對(duì)不同使用條件進(jìn)行選材,且價(jià)格低廉。近年來(lái),隨著低碳、氮?dú)獯蹈蓛x超低碳奧氏體不銹鋼、雙相鋼的大量生產(chǎn),強(qiáng)度不足成為限制此類鋼使用的主要問(wèn)題,如何保證降碳后鋼的強(qiáng)度維持或超過(guò)原有的性能指標(biāo),已成為一個(gè)重要課題。氮作為合金元素加入不銹鋼中,可提高奧氏體穩(wěn)定性、平衡雙相鋼中相的比例,在不影響鋼的塑性和韌性的情況下提高鋼的強(qiáng)度,并可部分代替不銹鋼中的Ni。生物工程材料———無(wú)鎳不銹鋼的發(fā)展,可以解決人體器官對(duì)Ni的過(guò)敏性(Ni>012%時(shí))的難題,所以Cr2Mn2N不銹鋼和無(wú)鎳不銹鋼的研究受到普遍重視。含N鑄造不銹鋼的研究和應(yīng)用已是非常重要的領(lǐng)域。AOD、VOD等精煉技術(shù)的應(yīng)用為生產(chǎn)純凈的含氮超低C奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和馬氏體不銹鋼等提供了*的制造工藝。1N的存在形式及作用111固溶N及其對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響N的性質(zhì)與C相類似,是生成間隙相的主要元素,這是由它較小的原子尺寸及電子層結(jié)構(gòu)所決定的。有文獻(xiàn)〔3〕報(bào)導(dǎo),在奧氏體類不銹鋼中,N絕大部分固溶于奧氏體中,固溶于鐵素體中的N量很少在鐵素體2奧氏體雙相不銹鋼中推測(cè)N的分配系數(shù)為0123～0125〔4～6〕。N也是馬氏體中的重要間隙元素,對(duì)馬氏體相變和性能起決定性作用。N在擴(kuò)大奧氏體區(qū)和穩(wěn)定奧氏體的作用相當(dāng)Ni的25倍左右(Nieq=Ni%+015×Mn+30×C%+25×N%)〔7〕,在常規(guī)的1828型奧氏體不銹鋼中會(huì)有少量鐵素體存在,隨鋼中含C量的降低,鐵素體量將增加,而加入N則彌補(bǔ)了降C對(duì)組織帶來(lái)的不利影響〔8〕。N的增加在減少鋼中鐵素體相比例的同時(shí),對(duì)其存在形態(tài)也有較大影響,使鐵素體逐漸由網(wǎng)狀、長(zhǎng)條狀向短棒狀、孤島狀轉(zhuǎn)變,從而降低了網(wǎng)狀鐵素體對(duì)奧氏體鋼強(qiáng)度和塑性的不良影響〔9〕。112金屬氮化物及其彌散現(xiàn)象N與鋼中合金元素相互作用的重要性表現(xiàn)在氮化物的彌散現(xiàn)象。在奧氏體鋼中存在許多彌散氮化物,主要是Cr2N的彌散。Cr2N為立方晶格結(jié)構(gòu),在Cr、Ni含量較高的AISI310中的溶解度要比在AISI304鋼中的溶解度低(見(jiàn)圖1〔10〕)。在含有Ti和Nb的鋼中,會(huì)有TiN和NbN形成。有趣的是在含有Nb的AISI347鋼中,N與NbC或C與NbN結(jié)合可提高它們?cè)趭W氏體中的溶解度,盡管NbN溶解度要比NbC小得多;在含Nb奧氏體鋼中,增加N含量可顯著促進(jìn)平衡方程式M4X3向MX移動(dòng),說(shuō)明N占據(jù)著碳化物的間隙空間〔11〕。在含Nb鋼中,人們也發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜的Cr3Nb3N及CrNbN(稱為Z相)氮化物形成〔12～13〕,在熱加工過(guò)程中,Z相在晶粒邊界發(fā)生彌散現(xiàn)象,可提高鋼的強(qiáng)度〔14〕。在奧氏體鋼中,N延緩碳化物M23C6及金屬間化合物的析出(見(jiàn)圖2〔15〕)。這可能是由于Cr2N的析出減少了固溶的Cr含量。在雙相鋼中,N延緩金屬間化合物彌散析出及N的強(qiáng)烈?jiàn)W氏體穩(wěn)定化作用,對(duì)不銹鋼的相比例平衡和改善焊接性能很重要。G1Aahlber等人〔16〕的研究發(fā)現(xiàn),在含Mo的雙相鋼中,很大比例的N是以Mo2N的Mo2N2Cr化合物形式存在于奧氏體基體中。N在馬氏體鋼中與其它元素形