锰、氮代镍奥氏体不锈钢的研发兴起于第二次世界大战中后期,源于当时的镍资源匮乏。但是真正在全世界范围内引起材料研究极大兴趣的,还是在20世纪90年代以后,基于炉外精炼技术和加压冶金技术。印度在21世纪初开发了J1、J4不锈钢,然后迅速经广东传入中国市场,一度成为国内一些小型不锈钢企业模仿生产的对象。国内在2000年以后,南方一些民营不锈钢企业开始大量生产锰、氮代镍的奥氏体不锈钢,因其价格相对于300系奥氏体不锈钢较为低廉,迅速在农村、低端市场得到广泛应用。锰、氮代镍奥氏体不锈钢的产量在国内不锈钢产量中的占比迅速提升,在2008年时已经占到20%左右。此后进一步提升,到2012年占国内不锈钢产量的比例达到30%,这一比例一直维持到2018年,2019年更是达到了近35%。考虑到国内不锈钢产量是不断增加的,锰、氮代镍奥氏体不锈钢的绝对产量实际上增速惊人,从2008年的150万吨到2019年的1000万吨,可见锰、氮代镍奥氏体不锈钢的发展十分迅猛。其中一个主要因素是红土镍矿的开发应用技术不断提升,尤其是高炉冶炼镍铁工艺技术的成熟,使得采用红土镍矿可以提炼中低镍品位的镍合金,极大地拓展了镍铁作为不锈钢原料的使用范围。由于红土镍矿主要分布在赤道线南北30°以内的热带国家,和我国临近的印度尼西亚、菲律宾因大量的红土镍矿储备而成为中国不锈钢企业争相投资的对象,尤其是印度尼西亚。从2013年青山钢铁在印度尼西亚投资建厂开始,迄今中国在印度尼西亚投建不锈钢产能达300万吨以上,致使印度尼西亚不锈钢产量达200万吨以上,成为搅动世界不锈钢产业格局的X变量。尽管锰、氮代镍的奥氏体不锈钢发展迅猛,但是在实际使用中,常因材料本身质量不过关,或者选材使用不当等原因,出现了很多生锈、开裂现象,比如我们常见的城市道路护栏、过街天桥栏杆、厕所管道等。甚至还有一些厂商采用锰、氮代镍奥氏体不锈钢制造餐厨具,引起人们对食品级不锈钢的关注。



  锰、氮代镍奥氏体不锈钢,究其本质,是利用氮的强烈奥氏体形成能力,替代镍的作用。氮只有在固溶状态以原子形态存在于奥氏体不锈钢面心立方八面体晶格间隙中,才能真正发挥其奥氏体形成能力,常压下氮在一般不锈钢合金体系中的溶解度有限。锰是较弱的奥氏体形成元素,在300系不锈钢中主要是作为脱氧剂满足冶炼的需要,但是锰是强烈提高氮溶解度的元素,随着锰含量的增加,不锈钢中氮的溶解度显著增加。这就是氮合金化不锈钢中锰含量均比较高的主要原因。



  锰、氮代镍奥氏体不锈钢因氮的固溶强化作用,其力学性能尤其是强度明显高于300系奥氏体不锈钢。因氮原子对位错等缺陷的钉扎作用,其冷变形强化效果非常明显,经过适当冷变形,锰、氮代镍奥氏体不锈钢的强度会显著提高,同时塑韧性明显降低。



  充分发挥锰、氮代镍奥氏体不锈钢的无磁、高强优势,Cr-Mn-Ni-N系不锈钢在一些高端装备和特种装备领域得到应用。



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