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高氮低鎳不銹鋼管的國內外發展過程及現狀
發布者:不銹鋼管廠(www.0000317.buzz) 發布時間:2020/7/23 閱讀:88

 目前對高氮鋼的定義為是把鐵素體、馬氏體不銹鋼中氮含量大于0.08%的不銹鋼稱之為高氮鋼;對于含氮奧氏體不銹鋼管而言,根據氮含量的不同可將其分為控氮型、中氮型和高氮型三大類不銹鋼管。控氮型不銹鋼管的氮含量一般在0.05%~0.10%之間,中氮型不銹鋼管的氮含量一般在0.10%~0.40%之間,高氮型不銹鋼管的氮含量則一般控制在0.40%以上。從1988年以來,高氮鋼管國際會議在世界各國定期舉行,這一舉動為世界各國高氮鋼研究學者之間進行學術的相互交流搭建了一個平臺,能夠進一步加深對高氮鋼的認識和了解,促進高氮鋼在理論和實踐兩方面的發展,因此能夠為資源節約型不銹鋼的發展和生產使用提供理論依據。

 

一 、國外高氮低鎳不銹鋼的發展過程及現狀

 

 氮在鋼中極易產生偏析、氣孔、時效硬化等現象,降低鐵素體不銹鋼的塑性,嚴重時甚至造成鋼鑄件報廢。基于以上氮對鋼的不利影響,在過去很長一段時間對氮在鋼中的認識都處于停滯不前的狀態,直到20世紀初人們才開始對氮在鋼中的有利影響開始了新的認識。1926年首先發現了氮的奧氏體化能力和氮對不銹鋼管力學性能的影響。通過氮對不銹鋼管的影響提出了氮可以提高奧氏體不銹鋼強度的觀點。隨后在基礎上進一步提出了氮還可以改善鋼的耐腐蝕性的觀點。二戰期間,為了促進不銹鋼管產業的發展和解決當前鎳資源匱乏的問題,世界各國開始對不銹鋼管的研發尋找新的出路。德國和美國率先在高氮鋼領域成功的開發出以錳、氮代鎳的不銹鋼管。于此同時,美國研制出的201、202兩個含氮高錳系列奧氏體不銹鋼鋼種得到了廣泛的應用。以此為基礎,氮元素在AISI300系列奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼中也得到更為廣泛的研究和應用。瑞典的Avesta公司和美國的Allegheny Ludlum工業有限公司分別在20世紀中后期也相繼研究出了氮合金化鉬鋼鋼種254SMo和氮合金化AL6XN鋼鋼種。20世紀中期,利用加壓感應爐設備在實驗室冶煉出不同氮含量的高氮奧氏體不銹鋼,才開始對高氮不銹鋼管進行研究,直到20世紀60年代后期,對高氮奧氏體不銹鋼管才開始商業化的生產。但是高氮鋼管的發展由于受到冶煉技術的限制,氮含量不超過0.6%,因此高氮鋼管在當時并沒有得到廣泛應用。

 

 高氮鋼管的制備技術方面在20世紀中后期取得了一定進步,因此利用改進后的加壓冶煉設備研發出了一系列含鉻、鉬和錳的高氮不銹鋼。例如德國的公司在1975年首次成功的研制出了大型火力發電機護環用鋼P900,緊接著在1981年研發出P900-N和1996年研發出P2000火力發電機護環用鋼。在發達國家,對高氮不銹鋼管在發電機轉子護環上的應用受到很高程度的重視,到目前為止已經取得了很好的市場,得到了廣泛的應用。西德采用增壓電渣重熔工藝,日本采用VOD底吹氮氣工藝和粉未冶金工藝,保加利亞采用反壓鑄造工藝等已經成功的開發出多種新型廉價高氮鋼種,氮含量高達1%以上,高氮鋼的發展以及應用又出現了新的高潮,德國、美國、日本在此領域已經達到較高的水平。綜上所述,資源節約型不銹鋼吸引了國外學者的關注并且已經對高氮鋼展開了廣泛的研究,近幾年在高氮鋼的冶煉基礎、性能、應用研究等方面又有了新的進步且發展勢頭很好,市場應用前景廣闊。

 

二、國內高氮低鎳不銹鋼管的發展過程及現狀

 

  高氮奧氏體不銹鋼管以其優異的力學性能和耐腐蝕性能吸引了國內外材料和冶金學者的關注。國內由于受到實驗裝備的限制,直到20世紀五十年代才開始對高氮鋼管進行研究,導致國內含氮不銹鋼管的研究落后于世界許多國家。隨著社會的不斷發展和進步,對不銹鋼管的需求和性能的要求進一步提高,而國內有限的鎳資源已經不能達到不銹鋼產業和不銹鋼消費的飛速發展。那么,在目前對低鎳或無鎳的資源節約型不銹鋼的開發和研究具有實際意義。

 

 近年來,把高氮鋼管的研究列為重大基礎研究,不僅體現在國家自然科學基金的支持上,國內許多高校、許多大型的鋼鐵企業也投入了大量的人力物力來開展高氮鋼的組織與性能、疲勞與磨損性能、耐蝕性能、塑性加工性能等研究。北京鋼鐵研究總院在2003年利用真空冶煉技術成功的研制出塑性保持不變,強度提高2倍且氮含量超過0.7%的高氮鋼。在國家863項目的大力支持之下,中科院金屬所到目前為止已經成功的研究出了含氮醫用無鎳奧氏體不銹鋼管,并對該鋼種的力學性能、腐蝕性能、生物相容性等進行了較為全面的研究,結果證明該鋼種具有更優異的力學性能、腐蝕性能和生物相容性。近幾年我國不銹鋼企業通過不斷的努力也成功地研制出一種冶煉含氮不銹鋼的工藝—氣相滲氮法。2005年,浙江宏盛特鋼有限公司采用AOD精煉,同時吹氧氣、氮氣,加電解錳及氮化合金,冶煉獲得高氮奧氏體不銹鋼,并對成品進行力學性能和耐腐蝕性能測試,結果證明,1Cr22Mn15N高氮奧氏體不銹鋼管的屈服強度達到565~585MPa,抗拉強度達到920~955MPa,延伸率達到54.5%~56.5%,耐腐蝕性能提高。東北大學和中科院金屬所在2006年強強聯手,共同承擔了一項國家自然科學重點基金“高氮鋼及其作用機理研究”項目的研究,該項目主要從冶煉設備、組織和性能三個大方向著手對高氮鋼進行研究。截至目前為止已經能冶煉出氮含量超過1.0%的高氮不銹鋼,其固溶態屈服強度超過600 MPa,PREN值遠高于316L等傳統奧氏體不銹鋼。北京科技大學采用高能球磨和高溫滲氮結合的方法研制出了Cr18Mn12MoN無鎳高氮不銹鋼粉末,接著采取冷壓燒結工藝獲得含氮量為0.79%的無鎳高氮奧氏體不銹鋼材料。含氮鋼已經是高水平冶金技術發展的主要方向之一,自從人們對含氮鋼的性能有了新的認識之后,迄今為止含氮鋼的研制和生產得到了長足的進步和發展。由于國內對高氮鋼管的研究起步較晚,再加上早期國內高氮鋼的研究與開發因受到冶煉技術和設備的限制,所以在對高氮鋼的研究中氮含量主要集中在0.4~0.6%之間,一般不超出0.65%。通過對國內外高氮鋼發展過程的回顧,經過一系列的實驗室冶煉探究,提出了被外界承認的高氮鋼的冶煉方法—常壓冶煉。冶金工作者采取在常壓下冶煉高氮奧氏體不銹鋼管,主要目的是為了簡化冶煉工藝、提高冶煉的安全性、降低生產成本,到目前為止,已經取得了較為成熟的冶煉工藝,因此常壓冶煉高氮不銹鋼管將是未來的發展趨勢。通過展望高氮鋼管的應用前景發現高氮不銹鋼管具有很強的市場競爭力,可以預見高氮不銹鋼管在石油、化工、醫療器械、交通運輸、建筑、海洋工程、原子能和軍事工業等許多領域將得到更為廣泛應用。

 

 
 

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