大量事实已证实,向奥氏体不锈钢中加入高氮量所获得的高氮奥氏体不锈钢,其固溶态屈服强度可达1100MPa,远超过奥氏体沉淀硬化不锈钢时效后的水平,若再经冷加工,则可高达3000MPa以上(图5.35),与超高强度的同时,随含氮量增加,高氮奥氏体不锈钢的断裂韧性并不显著降低(图5.36),而目前316(0Cr17Ni12Mo2)奥氏体不锈钢固溶态的屈服强度仅约250MPa,60%冷加工后也仅约1000MPa。
高氮奥氏体不锈钢一般系指钢中含氮量>0.4%或≥0.5%的那些牌号。
前述(AISI 200系)铬锰奥氏体不锈钢加氮,最初是以节镍获得具有奥氏体组织的节镍不锈钢为主要目的,强度的增加等则是加氮后的必然结果,而高氮铬锰奥氏体不锈钢的发展则是20世纪60年代以来高氮钢开发的一个新领域,主
要目标是在具有一定不锈耐蚀性的前提下向钢中加入高氮量以获得综合性能优良的高强度和超高强度的高氮铬锰奥氏体不锈钢。
开发在固溶态便具有的超高强度、高氮铬锰奥氏体不锈钢,一方面高温下钢液中能溶解足够高的氮量,另一方面在钢液凝固过程中,钢中氮量又不会从钢中逸出而形成气泡。
由于铬和锰均能显著增加氮在钢中的溶解度,因此,在约含18%Cr的铬镍奥氏体不锈钢的基础上降镍提锰,既节镍又可达到提高钢中氮量的目的。20世纪80年代初问世的一些牌号,例如1Cr18Mn18N(相当于德国牌号X10CrMn1818)无磁不锈钢,含氮量可达0.40%~0.60%,国内外已大量用于制造大型发电机的护环,这是具有代表性的高强度且无磁钢的典型用途。国内系采用电弧炉冶炼加电渣重熔工艺进行大量生产,成品性能已达到了国外同类产品的水平。表5.27列出了国产1Cr18Mn18N钢护环的力学性能与国外技术要求的对比。可以看出:此钢的屈服强度在固溶态已达≥1000MPa的水平。
由于降镍提锰,目前发展的高氮铬锰奥氏体不锈钢大多是高锰量且不含或仅含少量镍,为了适应更高氮量的铬锰奥氏体不锈钢生产的需要,正在开发的冶炼工艺有加压下钢液氮合金化法(如加压电渣炉冶炼并浇注)和钢固态氮合金化法(如粉末冶金法)等。
由于高氮铬锰奥氏体不锈钢热加工塑性低是因为钢中硫的偏析和氮化物以及碳、氮化物的析出的结果,因此,在冶炼过程中进行钢的钙处理(加入适量钙)试验,已取得了较明显的改善钢热塑性的效果。