鉻-鎳-錳-氮奧氏體不銹鋼,是以錳、氮代替稀缺和昂貴的鎳元素而發(fā)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(wěn)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(yè)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。
該類鋼的耐蝕性適用于無污染和輕污染的大氣和清潔水環(huán)境以及弱腐蝕性的酸、堿、鹽等介質,可部分代替12Cr17Ni7、12Cr18Ni9等鋼。
該類鋼可用于建筑裝飾、廚房、衛(wèi)生間設備和用具、家用電器、交通運輸以及工業(yè)部門的設備和零件。
Cr-Ni-Mn-N奧氏體不銹鋼是20世紀三四十年代開始廣泛研究的不銹鋼種類。其最初的目的主要是將奧氏體形成元素N、Mn加入鋼中,以替代貴重金屬Ni,從而節(jié)約資源,解決Ni資源匱乏的問題。隨著冶金技術的發(fā)展,到20世紀六七十年代,加壓冶金技術的出現(xiàn),使得常壓下在鋼中溶解度很小的N能更多地加入鋼中,目前已可以加到2.3%。N加入的主要作用一是顯著提升鋼的力學性能,二是明顯增加鋼耐局部腐蝕的能力。
Cr-Ni-Mn-N奧氏體不銹鋼和Cr-Ni奧氏體不銹鋼相比,最大的區(qū)別是大量地加入了合金元素Mn、N,從而帶來了一系列的性能變化。N在不銹鋼中的加入,之所以引起人們極大的關注,主要跟其在不銹鋼中的作用緊密相關。N在不銹鋼中的作用很多,其中最主要的體現(xiàn)在三方面:對不銹鋼基體組織的影響;對不銹鋼力學性能的影響;對不銹鋼耐蝕性能的影響。研究表明,N是非常強烈地形成并穩(wěn)定奧氏體且擴大奧氏體相區(qū)的元素。據估算,1kg的N相當于6~22kgNi。N的這種作用使其在不銹鋼中可以代替部分Ni,降低鋼中的鐵素體含量,可以使奧氏體更穩(wěn)定,防止有害金屬間相的析出,甚至在冷加工條件下可避免出現(xiàn)馬氏體轉變。人們對N在不銹鋼中的作用最感興趣的是其在力學性能方面的表現(xiàn),很多含氮鋼和高氮鋼的工作,都是圍繞N的這一作用開展的。N對不銹鋼力學性能的影響,突出表現(xiàn)為:N在顯著提高不銹鋼強度的同時,并不降低材料的塑、韌性,這為研究高強高韌鋼提供了途徑。工業(yè)用鋼表明,N的加入,使不銹鋼的強度比不含N的鋼提高2~3倍。此外,N也提高不銹鋼的抗蠕變、疲勞、磨損能力。大量的實驗數(shù)據表明:在奧氏體不銹鋼中,每加入0.10%的N,其強度提高60~100MPa。N提高屈服強度主要有四個途徑:固溶強化;晶粒尺寸效應;形變硬化;沉淀硬化。N對不銹鋼耐蝕性能的有益作用表現(xiàn)在耐晶間腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕。N對晶間腐蝕的影響比較復雜,一般認為,N含量在0.16%以下,對耐晶間腐蝕有益。N對晶間腐蝕的作用機理主要有:N延緩富Cr碳化物核的形成和長大過程;降低Cr在鋼中的活性;形成氮化鉻沉淀,減少Cr的析出。相比之下,N對點腐蝕、縫隙腐蝕的有益作用更為明顯。界面靠近金屬側的高碳,會影響再鈍化的動力,可迅速再鈍化,從而可抑制點蝕的穩(wěn)定生長。N與其他元素的協(xié)同作用,如N可抑制Cr、Mo等的過鈍化溶解,能在局部腐蝕過程中形成更具有抗腐蝕能力的表層,提高耐腐蝕能力。
為了提高N的溶解度,Mn元素被大量加入。在節(jié)鎳奧氏體不銹鋼中,Mn是非常重要的合金元素,其主要作用是與強烈形成奧氏體的元素N復合加入到鋼中,以節(jié)約奧氏體不銹鋼中的Ni。Mn是比較弱的奧氏體形成元素,但具有強烈穩(wěn)定奧氏體的作用。Cr-Ni奧氏體不銹鋼中,隨著 Mn含量增加強度提高。在無鎳的Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼中低溫下會出現(xiàn)韌脆轉變現(xiàn)象。
以Mn、N代Ni的節(jié)Ni和無Ni奧氏體不銹鋼,其耐蝕性主要取決于鋼的Cr、Ni、Mo、N等元素的含量,而Mn的作用甚微。目前研制成熟的鋼種主要有200系列。還有一些鋼種也在廣泛研究中。