錳、氮代鎳奧氏體不銹鋼的研發(fā)興起于第二次世界大戰(zhàn)中后期,源于當時的鎳資源匱乏。但是真正在全世界范圍內引起材料研究極大興趣的,還是在20世紀90年代以后,基于爐外精煉技術和加壓冶金技術。印度在21世紀初開發(fā)了J1、J4不銹鋼,然后迅速經廣東傳入中國市場,一度成為國內一些小型不銹鋼企業(yè)模仿生產的對象。國內在2000年以后,南方一些民營不銹鋼企業(yè)開始大量生產錳、氮代鎳的奧氏體不銹鋼,因其價格相對于300系奧氏體不銹鋼較為低廉,迅速在農村、低端市場得到廣泛應用。錳、氮代鎳奧氏體不銹鋼的產量在國內不銹鋼產量中的占比迅速提升,在2008年時已經占到20%左右。此后進一步提升,到2012年占國內不銹鋼產量的比例達到30%,這一比例一直維持到2018年,2019年更是達到了近35%??紤]到國內不銹鋼產量是不斷增加的,錳、氮代鎳奧氏體不銹鋼的絕對產量實際上增速驚人,從2008年的150萬噸到2019年的1000萬噸,可見錳、氮代鎳奧氏體不銹鋼的發(fā)展十分迅猛。其中一個主要因素是紅土鎳礦的開發(fā)應用技術不斷提升,尤其是高爐冶煉鎳鐵工藝技術的成熟,使得采用紅土鎳礦可以提煉中低鎳品位的鎳合金,極大地拓展了鎳鐵作為不銹鋼原料的使用范圍。由于紅土鎳礦主要分布在赤道線南北30°以內的熱帶國家,和我國臨近的印度尼西亞、菲律賓因大量的紅土鎳礦儲備而成為中國不銹鋼企業(yè)爭相投資的對象,尤其是印度尼西亞。從2013年青山鋼鐵在印度尼西亞投資建廠開始,迄今中國在印度尼西亞投建不銹鋼產能達300萬噸以上,致使印度尼西亞不銹鋼產量達200萬噸以上,成為攪動世界不銹鋼產業(yè)格局的X變量。盡管錳、氮代鎳的奧氏體不銹鋼發(fā)展迅猛,但是在實際使用中,常因材料本身質量不過關,或者選材使用不當等原因,出現了很多生銹、開裂現象,比如我們常見的城市道路護欄、過街天橋欄桿、廁所管道等。甚至還有一些廠商采用錳、氮代鎳奧氏體不銹鋼制造餐廚具,引起人們對食品級不銹鋼的關注。
錳、氮代鎳奧氏體不銹鋼,究其本質,是利用氮的強烈奧氏體形成能力,替代鎳的作用。氮只有在固溶狀態(tài)以原子形態(tài)存在于奧氏體不銹鋼面心立方八面體晶格間隙中,才能真正發(fā)揮其奧氏體形成能力,常壓下氮在一般不銹鋼合金體系中的溶解度有限。錳是較弱的奧氏體形成元素,在300系不銹鋼中主要是作為脫氧劑滿足冶煉的需要,但是錳是強烈提高氮溶解度的元素,隨著錳含量的增加,不銹鋼中氮的溶解度顯著增加。這就是氮合金化不銹鋼中錳含量均比較高的主要原因。
錳、氮代鎳奧氏體不銹鋼因氮的固溶強化作用,其力學性能尤其是強度明顯高于300系奧氏體不銹鋼。因氮原子對位錯等缺陷的釘扎作用,其冷變形強化效果非常明顯,經過適當冷變形,錳、氮代鎳奧氏體不銹鋼的強度會顯著提高,同時塑韌性明顯降低。
充分發(fā)揮錳、氮代鎳奧氏體不銹鋼的無磁、高強優(yōu)勢,Cr-Mn-Ni-N系不銹鋼在一些高端裝備和特種裝備領域得到應用。
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