無鎳不銹鋼的廣泛應用

奧氏體不銹鋼是工業上應用*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消耗了大量的鎳元素，造成其產品價格居高不下，不利于節約資源型材料。因此發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，節約昂貴的戰略元素，而且可提高不銹鋼的使用**性，特別是在生物醫用領域，開發醫用無鎳奧氏體不銹鋼的任務更為迫切。無鎳不銹鋼的廣泛應用，近年來，無鎳奧氏體不銹鋼得到了快速的發展。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性能。經形變細化后冷軋，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；0Cr18Mn18N0.6 和0Cr18Mn18N0.9鋼以其無磁性、高強韌性、耐腐蝕性應用在電廠發電機定位環取得了良好的效果。我國中科院金屬所研制的 00Cr17Mn15Mo2N 新型醫用高氮無鎳奧氏體不銹鋼已經通過了細胞毒性、溶血、致敏反應、急性毒性及遺傳毒性等生物學性能檢驗。

無鎳 Cr-Mn-N 奧氏體不銹鋼的研發關鍵在于氮的加入。以氮合金化的鋼必須使氮全部溶解在奧氏體中，才能起到穩定奧氏體的作用。無鎳不銹鋼的廣泛應用，對于碳含量小于0.1%的鉻錳氮不銹鋼，當鉻含量大于 16% 時，在無鎳的情況下，鋼中的含氮量應不少于 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 不銹鋼發展的關鍵。

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、操作復雜等問題，大規模應用于生產存在一定的困難。無鎳不銹鋼的廣泛應用，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%，并生產出熱軋圓鋼用于海洋建筑物的混凝土結構。

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生表面奧氏體轉變，獲得了組織梯度變化的多相復合不銹鋼。無鎳不銹鋼的廣泛應用，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。