超级奥氏体不锈钢的概念是在上世纪80年代与超级铁素体不锈钢、超级双相不锈钢并行产生的,类似于为高合金化镍基合金而使用的“镍基超合金”概念。
与常规奥氏体不锈钢相比,超级奥氏体不锈钢有更高的力学性能和耐腐蚀性能,典型的例子是所谓的6Mo甚至是发展到后来的7Mo不锈钢。纵观奥氏体不锈钢的发展史,可以把超级奥氏体不锈钢的发展分为一下3个阶段。
第1阶段:
上世纪30年代,为解决钢材在硫酸介质中的腐蚀问题,法国开发了UranusB6合金(20Cr-25Ni-4.5Mo-1.5Cu),美国则开发了20号合金(20Cr-30Ni-2.5Mo-3.5Cu),这些都是6Mo钢研发的雏形;
第2阶段:
上世纪50年代初期,瑞典AvestaJernverk AB公司生产的6Mo钢(16Cr-30Ni-6Mo)和美国Allegheny公司的AL-6X钢(20Cr-25Ni-6Mo),这些都是后来商业化6Mo钢的第一代版本。
1976年Avesta研制成功的254SMO钢(20Cr-18Ni-6Mo-0.7Cu-0.2N,S31254)为这一阶段的经典之作,这是加氮超级不锈钢的起点。此外,还有美国Allegheny公司的AL-6XN钢(20Cr-24Ni-6Mo-0.22N,N08367)和德国VDM研发的Cronifer1925hMo钢(20Cr-15Ni-4.5Mo-0.4N,N08925和N08926)。
这三种牌号已经成为今天6Mo钢的重要组成,盛行四十余年不衰。材料特点是钼含量较第1阶段提高,并且开始重视和利用氮的有利影响。
第3阶段:
超级奥氏体不锈钢的发展特点主要是氮合金化。为提高氮的溶解度,引入了合金元素Mn;为强化合金元素间的协同作用,Cr、Mo、N的含量都有较大幅度的提高,典型牌号为瑞典Avesta的654SMO钢(24Cr-22Ni-7Mo-3Mn-0.5Cu-0.5N)。钢中的氮控制在0.45~0.5%左右,使其可以通过常规的AOD精炼手段和连铸进行生产,并且不必担心在随后的生产中氮从钢中逸出。美国SMC研发的27-7Mo,也通过加氮和添锰,在某种工况下,抗腐蚀性媲美625合金、C-276合金。
氮作为合金化元素使用最早报道于1938年。由于炼钢条件的限制,在大气压强下能加入的氮浓度非常低,因此作用不明显,不足以引起冶金学家和材料学家的重视。
随着加压冶金技术的发展,氮作为强烈间隙原子元素,以廉价、易得等特点,再次引起人们的注意。仅从1988年到1995年,高氮钢的国际性会议便召开了6次。
目前,高氮钢的研究在俄罗斯、瑞典、德国、法国和日本等国家迅速发展,给材料学科提供了更加广阔的天地。
根据氮在奥氏体不锈钢中的含量,业内专家将含氮奥氏体不锈钢分为控氮型(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种。
总结下,氮之所以受重用,有利作用表现为3方面:
(一)非常强烈地形成并稳定奥氏体,且扩大奥氏体相区;
(二)能显著提高奥氏体不锈钢的强度,而其断裂韧性并不降低;
(三)能提高奥氏体不锈钢的耐蚀性能,特别是耐局部腐蚀,比如晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀等。
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