超級奧氏體不銹鋼的概念是在上世紀80年代與超級鐵素體不銹鋼、超級雙相不銹鋼并行產生的,類似于為高合金化鎳基合金而使用的“鎳基超合金”概念。
與常規奧氏體不銹鋼相比,超級奧氏體不銹鋼有更高的力學性能和耐腐蝕性能,典型的例子是所謂的6Mo甚至是發展到后來的7Mo不銹鋼。縱觀奧氏體不銹鋼的發展史,可以把超級奧氏體不銹鋼的發展分為一下3個階段。
第1階段:
上世紀30年代,為解決鋼材在硫酸介質中的腐蝕問題,法國開發了UranusB6合金(20Cr-25Ni-4.5Mo-1.5Cu),美國則開發了20號合金(20Cr-30Ni-2.5Mo-3.5Cu),這些都是6Mo鋼研發的雛形;
第2階段:
上世紀50年代初期,瑞典AvestaJernverk AB公司生產的6Mo鋼(16Cr-30Ni-6Mo)和美國Allegheny公司的AL-6X鋼(20Cr-25Ni-6Mo),這些都是后來商業化6Mo鋼的第一代版本。
1976年Avesta研制成功的254SMO鋼(20Cr-18Ni-6Mo-0.7Cu-0.2N,S31254)為這一階段的經典之作,這是加氮超級不銹鋼的起點。此外,還有美國Allegheny公司的AL-6XN鋼(20Cr-24Ni-6Mo-0.22N,N08367)和德國VDM研發的Cronifer1925hMo鋼(20Cr-15Ni-4.5Mo-0.4N,N08925和N08926)。
這三種牌號已經成為今天6Mo鋼的重要組成,盛行四十余年不衰。材料特點是鉬含量較第1階段提高,并且開始重視和利用氮的有利影響。
第3階段:
超級奧氏體不銹鋼的發展特點主要是氮合金化。為提高氮的溶解度,引入了合金元素Mn;為強化合金元素間的協同作用,Cr、Mo、N的含量都有較大幅度的提高,典型牌號為瑞典Avesta的654SMO鋼(24Cr-22Ni-7Mo-3Mn-0.5Cu-0.5N)。鋼中的氮控制在0.45~0.5%左右,使其可以通過常規的AOD精煉手段和連鑄進行生產,并且不必擔心在隨后的生產中氮從鋼中逸出。美國SMC研發的27-7Mo,也通過加氮和添錳,在某種工況下,抗腐蝕性媲美625合金、C-276合金。
氮作為合金化元素使用最早報道于1938年。由于煉鋼條件的限制,在大氣壓強下能加入的氮濃度非常低,因此作用不明顯,不足以引起冶金學家和材料學家的重視。
隨著加壓冶金技術的發展,氮作為強烈間隙原子元素,以廉價、易得等特點,再次引起人們的注意。僅從1988年到1995年,高氮鋼的國際性會議便召開了6次。
目前,高氮鋼的研究在俄羅斯、瑞典、德國、法國和日本等國家迅速發展,給材料學科提供了更加廣闊的天地。
根據氮在奧氏體不銹鋼中的含量,業內專家將含氮奧氏體不銹鋼分為控氮型(氮含量0.05%~0.10%)、中氮型(氮含量0.10%~0.40%)和高氮型(氮含量在0.40%以上)3種。
總結下,氮之所以受重用,有利作用表現為3方面:
(一)非常強烈地形成并穩定奧氏體,且擴大奧氏體相區;
(二)能顯著提高奧氏體不銹鋼的強度,而其斷裂韌性并不降低;
(三)能提高奧氏體不銹鋼的耐蝕性能,特別是耐局部腐蝕,比如晶間腐蝕、點腐蝕和縫隙腐蝕等。
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