高氮不锈钢的加工与生产工艺
不锈钢中氮的作用主要体现在对不锈钢基体组织、力学性能与耐腐蚀性能三个方面的影响。数据显示,氮能强烈地形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区,所以在不锈钢中可以替代部分镍,降低不锈钢中的铁素体含量,稳定奥氏体组织,避免析出有害金属间相,甚至在冷加工工序时还能够防止生成马氏体化的转变。
高氮钢为含氮量超过在常规条件下钢中所能达到的极限氮含量的钢。根据氮的加入量不同,大致进行了以下分类,即含氮>1%的为超高氮钢,含氮0.3~0.5%的为高氮钢,在此范围以下的为含氮钢。
但冶炼高氮不锈钢时存在两个问题,就是怎样在熔化状态得到高含量的氮和如何确保凝固时让氮处于溶解状态。而为获得高含量的氮,可用的办法主要有三种,即合理的合金成分;合适的加工工艺以及适当的氮载体。实验表明,铬、锰、钼与铌等化学元素会推进氮元素溶解,镍、铜、硅与碳等化学元素会降低氮溶解。
不过,用调整合金成分对氮溶解度的方法效果实在有限,而当前具工业化前景的途径还是使用合适的加工工艺与选择适当的氮载体来解决。
使用大气熔炼工艺时,因为大气压下氮的溶解度就是不锈钢中氮的高含量,就算把氮添加到溶解度,不过随着凝固的进行溶解度也会降低,如此就会形成气孔缺陷,使得产品不合格。所以高压冶炼与高氮钢受到上冶金及材料研究的高度重视。现在有的大型炼钢厂已经具备在高于6MPa的氮气压力下大量熔炼和浇注高氮钢的能力,不锈钢中的氮含量甚至可以高达1%。
作为在大气压下添加氮使不锈钢中的氮含量达到溶解度以上的方法,加压氮气气氛下进行熔炼和浇铸的生产工艺是必不可少的。现在已开发的加压熔炼技术主要有加压感应熔炼法(PIM)、加压等离子熔炼法(PARP)、加压电渣重熔法(PESR)、加压电弧渣重熔法(ASRP)、大熔池法(BSB)和热等静压熔炼法(HIP)等。这里面加压等离子熔炼法、加压电渣重熔法和加压电弧渣重熔法是比较常用的加压熔炼技术。
加压冶炼是不锈钢冶金工艺的新突破,高氮不锈钢也是材料研究的新领域。高氮不锈钢不但拥有原有的不锈钢所有的性能,并且由于加入了氮,该不锈钢在力学性能、耐腐蚀能力和综合性能等方面表现更加较好。所以高氮不锈钢大量用在了能源、交通、造纸、石化等行业。
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