铬-镍-锰-氮奥氏体不锈钢,是以锰、氮代替稀缺和昂贵的镍元素而发展起来的钢。锰对奥氏体的作用与镍相似,但锰对提高固溶体电极电位的效果不大,在提高钢的耐蚀性方面,作用也不大。因此,采用以锰和氮代镍时,因为氮是奥氏体稳定元素,可以提高强度,增强耐点蚀及缝隙腐蚀能力,并减少金属间相。在高温时析出的机会。以锰、氮代镍的低镍奥氏体不锈钢如12Cr18Mn9Ni5N、12Cr17Mn6Ni5、22Cr20Mn10Ni2Si2N、10Cr17Mn9Ni4N、20Cr13Mn9Ni4、20Cr15Mn15Ni2N等奥氏体不锈钢已纳入新的国家标准,并已在工业生产中得到广泛应用。该类钢的强度较12Cr18Ni9、12Cr17Ni7 等钢的强度高30%~40%,塑、韧性等与12Cr18Ni9、12Cr17Ni7钢相近。该类钢在较弱的腐蚀条件下,耐蚀性尚好;在中等腐蚀性的氧化性酸介质中也有较好的耐蚀性。但在盐雾试验、室温65%HNO3和50%H3PO4中,该类钢的耐蚀性较12Cr17Ni7、06Cr19Ni10低。


  该类钢的耐蚀性适用于无污染和轻污染的大气和清洁水环境以及弱腐蚀性的酸、碱、盐等介质,可部分代替12Cr17Ni7、12Cr18Ni9等钢。


  该类钢可用于建筑装饰、厨房、卫生间设备和用具、家用电器、交通运输以及工业部门的设备和零件。


  Cr-Ni-Mn-N奥氏体不锈钢是20世纪三四十年代开始广泛研究的不锈钢种类。其最初的目的主要是将奥氏体形成元素N、Mn加入钢中,以替代贵重金属Ni,从而节约资源,解决Ni资源匮乏的问题。随着冶金技术的发展,到20世纪六七十年代,加压冶金技术的出现,使得常压下在钢中溶解度很小的N能更多地加入钢中,目前已可以加到2.3%。N加入的主要作用一是显著提升钢的力学性能,二是明显增加钢耐局部腐蚀的能力。


  Cr-Ni-Mn-N奥氏体不锈钢和Cr-Ni奥氏体不锈钢相比,最大的区别是大量地加入了合金元素Mn、N,从而带来了一系列的性能变化。N在不锈钢中的加入,之所以引起人们极大的关注,主要跟其在不锈钢中的作用紧密相关。N在不锈钢中的作用很多,其中最主要的体现在三方面:对不锈钢基体组织的影响;对不锈钢力学性能的影响;对不锈钢耐蚀性能的影响。研究表明,N是非常强烈地形成并稳定奥氏体且扩大奥氏体相区的元素。据估算,1kg的N相当于6~22kgNi。N的这种作用使其在不锈钢中可以代替部分Ni,降低钢中的铁素体含量,可以使奥氏体更稳定,防止有害金属间相的析出,甚至在冷加工条件下可避免出现马氏体转变。人们对N在不锈钢中的作用最感兴趣的是其在力学性能方面的表现,很多含氮钢和高氮钢的工作,都是围绕N的这一作用开展的。N对不锈钢力学性能的影响,突出表现为:N在显著提高不锈钢强度的同时,并不降低材料的塑、韧性,这为研究高强高韧钢提供了途径。工业用钢表明,N的加入,使不锈钢的强度比不含N的钢提高2~3倍。此外,N也提高不锈钢的抗蠕变、疲劳、磨损能力。大量的实验数据表明:在奥氏体不锈钢中,每加入0.10%的N,其强度提高60~100MPa。N提高屈服强度主要有四个途径:固溶强化;晶粒尺寸效应;形变硬化;沉淀硬化。N对不锈钢耐蚀性能的有益作用表现在耐晶间腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀。N对晶间腐蚀的影响比较复杂,一般认为,N含量在0.16%以下,对耐晶间腐蚀有益。N对晶间腐蚀的作用机理主要有:N延缓富Cr碳化物核的形成和长大过程;降低Cr在钢中的活性;形成氮化铬沉淀,减少Cr的析出。相比之下,N对点腐蚀、缝隙腐蚀的有益作用更为明显。界面靠近金属侧的高碳,会影响再钝化的动力,可迅速再钝化,从而可抑制点蚀的稳定生长。N与其他元素的协同作用,如N可抑制Cr、Mo等的过钝化溶解,能在局部腐蚀过程中形成更具有抗腐蚀能力的表层,提高耐腐蚀能力。


  为了提高N的溶解度,Mn元素被大量加入。在节镍奥氏体不锈钢中,Mn是非常重要的合金元素,其主要作用是与强烈形成奥氏体的元素N复合加入到钢中,以节约奥氏体不锈钢中的Ni。Mn是比较弱的奥氏体形成元素,但具有强烈稳定奥氏体的作用。Cr-Ni奥氏体不锈钢中,随着 Mn含量增加强度提高。在无镍的Cr-Mn-N奥氏体不锈钢中低温下会出现韧脆转变现象。


  以Mn、N代Ni的节Ni和无Ni奥氏体不锈钢,其耐蚀性主要取决于钢的Cr、Ni、Mo、N等元素的含量,而Mn的作用甚微。目前研制成熟的钢种主要有200系列。还有一些钢种也在广泛研究中。