無鎳奧氏體不銹鋼的研發(fā)動態(tài)

奧氏體不銹鋼是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的不銹鋼。在奧氏體不銹鋼中，鎳是主要的奧氏體化元素，其主要作用是形成并穩(wěn)定奧氏體，使不銹鋼獲得良好的強度、塑性和韌性。但鎳元素具有潛在的致敏作用，對生物體具有致畸、致癌等危害；且鎳是一種貴重的稀有元素，奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)消耗了大量的鎳元素，造成其產(chǎn)品價格居高不下，不利于節(jié)約資源型材料。因此發(fā)展以其它元素代替鎳或減少鎳含量的低鎳和無鎳奧氏體不銹鋼不僅有利于降低成本，節(jié)約昂貴的戰(zhàn)略元素，而且可提高不銹鋼的使用安全性，特別是在生物醫(yī)用領(lǐng)域，開發(fā)醫(yī)用無鎳奧氏體不銹鋼的任務(wù)更為迫切。近年來，無鎳奧氏體不銹鋼得到了快速的發(fā)展。無鎳 Cr-Mn-N 奧氏體不銹鋼具有高氮含量，在取代鎳元素的同時，顯著提高了不銹鋼的力學(xué)性能。經(jīng)形變細化后冷軋，冷拔和時效處理，無鎳 Cr-Mn-N 奧氏體不銹鋼的屈服強度可達到 3400 MPa，可制造彈簧，彈簧線圈及高壓軟管。其中，0Cr19Mn10N0.5鋼已大量用于采礦業(yè)；0Cr18Mn18N0.6 和0Cr18Mn18N0.9鋼以其無磁性、高強韌性、耐腐蝕性應(yīng)用在電廠發(fā)電機定位環(huán)取得了良好的效果。我國中科院金屬所研制的 00Cr17Mn15Mo2N 新型醫(yī)用高氮無鎳奧氏體不銹鋼已經(jīng)通過了細胞毒性、溶血、致敏反應(yīng)、急性毒性及遺傳毒性等生物學(xué)性能檢驗。

    無鎳 Cr-Mn-N 奧氏體不銹鋼的研發(fā)關(guān)鍵在于氮的加入。以氮合金化的鋼必須使氮全部溶解在奧氏體中，才能起到穩(wěn)定奧氏體的作用。對于碳含量小于0.1%的鉻錳氮不銹鋼，當(dāng)鉻含量大于 16% 時，在無鎳的情況下，鋼中的含氮量應(yīng)不少于 0.3% 才能獲得完全的奧氏體組織。但是，氮在鋼中的溶解度很小，1535℃下氮在鋼中時可溶解 0.0394%，在常溫下僅溶解 0.015%。因此氮在鋼中溶解度問題成為無鎳 Cr-Mn-N 不銹鋼發(fā)展的關(guān)鍵。

    采用高壓冶金的方法可以有效提高鋼中的氮含量，保加利亞發(fā)明的高壓冶金法制造的高氮無鎳奧氏體不銹鋼，氮含量可以控制在較高的水平，甚至可以達到 2.1%。但高壓冶金法存在成本較高、操作復(fù)雜等問題，大規(guī)模應(yīng)用于生產(chǎn)存在一定的困難。目前，含氮鋼的冶煉通常采用加壓電渣重熔、反壓鑄造、熱等靜壓熔煉、加壓感應(yīng)熔煉及粉末冶金等方法。我國湖州久立特鋼公司采用氬氧脫碳法成功冶煉了 1Cr22Mnl5N 高氮不銹鋼，氮含量為0.56%，并生產(chǎn)出熱軋圓鋼用于海洋建筑物的混凝土結(jié)構(gòu)。

    采用高溫滲氮工藝可以增加鋼表層的氮含量。中科院金屬所在加熱溫度為1200 ℃、保溫時間為 24 h、氮氣壓力在0.2～0.5 MPa 的工藝條件下，在無鎳雙相不銹鋼表面獲得厚度在 2.0 mm 以上的滲氮層，表層氮含量達到 1.0% 以上。雙相不銹鋼通過滲氮發(fā)生表面奧氏體轉(zhuǎn)變，獲得了組織梯度變化的多相復(fù)合不銹鋼。采用高溫滲氮工藝所得到的高氮奧氏體不銹鋼在 0.9% NaCl生理鹽水和模擬血漿溶液中具有優(yōu)異的耐蝕性，在提高強度的同時，伸長率、斷面收縮率仍保持了較高的水平。