供稿|向紅亮，顧 興/XIANG Hong-liang, GU Xing

顧名思義，含氮不銹鋼就是不銹鋼中含有一定量的氮。與傳統(tǒng)不銹鋼相比，該類鋼避免了冶煉過程中去氮帶來的成本增加，相反，通過增氮使其具有更優(yōu)的強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性。2008 年在韓國舉行的 IAS (Interstitial Alloyed Steels ) 會(huì)議認(rèn)為碳、氮、氫、氧和氦元素中只有氮和碳元素能作為中間合金元素[1]，且氮元素作為中間合金元素在提高材料機(jī)械性能方面比碳更強(qiáng)[2]，因而通過氮的加入來獲得高的抗拉強(qiáng)度、塑韌性和耐腐蝕等性能顯得更為重要。氮在某些不銹鋼中不僅能提高材料的性能，還具有節(jié)約昂貴資源鎳降低成本的作用[3-4]。因此，含氮不銹鋼的研究及開發(fā)多年以來一直是鋼鐵材料的研究熱點(diǎn)。本文主要從氮在鋼中的溶解機(jī)理、氮對(duì)不銹鋼性能的影響、含氮不銹鋼制備工藝以及在應(yīng)用上存在的問題進(jìn)行闡述，以期為相關(guān)讀者提供參考。

氮在鋼中的溶解度及影響因素

氮在熔體中的含量由熔體外氣壓與氮分壓之間的熱力學(xué)平衡決定。凝固后，氮原子被吸收形成間隙原子固溶在鋼基體中，當(dāng)熔體中氮濃度較高時(shí)，部分形成氮化物存留在晶體內(nèi)或晶界上。

基于 Sievert 定律，氮在液態(tài)鋼中的溶解度由反應(yīng)式 (1) 給出：

式中，fN為亨利活度系數(shù)； p0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1.01325×105Pa；[%N]為鋼液中氮的平衡質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

對(duì)于低氮范圍的鋼液中氮的溶解度遵循Sievert 定律，但在高壓或高氮范圍內(nèi)，氮的溶解度與 Sievert 定律有偏差[5-6]。對(duì)于高氮不銹鋼，文獻(xiàn)[7]指出：需要用高量級(jí)的相互作用參數(shù)，運(yùn)用 Grigerenko 等給出的 (3) 式計(jì)算氮在鋼液中的溶解度。

文獻(xiàn)[6]建立了新的不銹鋼氮溶解度熱力學(xué)計(jì)算模型，引入了氮分壓對(duì)氮活度系數(shù) fN的作用影響，與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值吻合。對(duì)于式 (1) 中的平衡常數(shù)不同研究者其計(jì)算值并不相同，易影響預(yù)測(cè)氮在鋼中溶解度的準(zhǔn)確性[7]。關(guān)于氮在鋼中溶解度的影響因素主要有：

(1) 表面活性元素：表面活性元素會(huì)影響到鋼液中氮的吸收，作為表面活性元素的氧與硫，當(dāng)它的含量較高時(shí)，在鋼液表面富集，減少了氮?dú)?鐵液反應(yīng)界面，顯著的阻礙了氮的吸附和解離，其中氧的影響比硫大[8]。Syvazhin 建議往熔池中加入微量添加劑碲、硒以及鈮，它們作為表面活性元素，在凝固時(shí)可抑制氮從熔池中溢出[7]。因此，在鋼液中添加適量的表面活性元素有利于增加鋼中氮含量，但要控制好氧和硫的含量，否則會(huì)嚴(yán)重影響氮的溶解。

(2) 溫度：溫度對(duì)氮溶解度的影響與氮的活動(dòng)系數(shù)有關(guān)，而活動(dòng)系數(shù)又與合金成分息息相關(guān)[6]。此外，從 Fe-N 相圖知，在一定的壓力下，氮在鋼中的溶解度隨溫度上升而增大，到 592℃ 共晶轉(zhuǎn)變線時(shí)，溶解度達(dá)最大 0.4%。

(3) 壓力：無論以何種方式將氮加入到熔融的鋼中都受到鋼中氮?dú)鈮毫Φ挠绊?。通過對(duì) Fe-Cr-Mn 合金高壓底吹氮發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于溫度和合金元素來說，壓力對(duì)氮溶解度的影響最大[9]。此外，由 (2) 式知，壓力越大，[%N]越大，從而能讓更多的氮固溶在鋼液中，有利于氮的吸收。

(4) 合金元素：合金元素影響鐵基溶液的活度系數(shù)，從而進(jìn)一步影響氮的溶解度，它們對(duì)氮溶解度的影響可用相互作用參數(shù)表征。氮在純鐵中的最大溶解度為 0.4%，因而必須借助合金元素來提高鋼中氮的溶解從而得到更高含氮量的鋼。各合金元素在 1600℃ 液態(tài)鐵中對(duì)氮溶解度的影響如圖1 所示。由圖可以清楚看到鉬、錳、鉻、鈮、釩、鋯以及鈦等合金元素能夠提高氮的溶解度，其相互作用參數(shù)為負(fù)值，而鋁、硅、硼以及碳則顯著降低氮的溶解度。此外，部分合金元素還能與氮合金化，從而在鐵基合金中析出氮化物，有利于增氮和提高含氮不銹鋼的性能。

圖1 1600℃ 液態(tài)鐵中合金元素對(duì)氮溶解度的影響[10]

氮對(duì)鋼性能的影響

由于早期向鋼中加氮困難，同時(shí)認(rèn)為氮在鐵素體鋼中會(huì)導(dǎo)致鋼變脆，因而含氮不銹鋼的優(yōu)異性一直未發(fā)現(xiàn)，直到 20 世紀(jì)才得到認(rèn)可。氮對(duì)鋼性能的影響主要有如下幾個(gè)方面。

增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度和塑韌性

含氮不銹鋼中氮和碳原子都能占據(jù)面心立方的八面體間隙位置，引起基體晶格畸變，起到晶界強(qiáng)化的作用；另外，間隙原子氮對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，從而進(jìn)一步提高強(qiáng)度。與碳相比，氮比碳原子半徑更小，在鋼基體中固溶度大，能起到更好的固溶強(qiáng)化作用。文獻(xiàn)[11]對(duì)同一鋼的不同含氮量和晶粒尺寸進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，即使在同一晶粒尺寸下高氮鋼強(qiáng)度也比低氮鋼高。在奧氏體不銹鋼中，氮增加自由電子密度，有助于原子的短程有序化，從而提高奧氏體的穩(wěn)定性、低溫塑韌性和強(qiáng)度等[12]。

氮和鎳都是強(qiáng)烈的奧氏體形成和穩(wěn)定元素，DeLong 確定的鎳當(dāng)量公式為：

提高耐腐蝕性

與普通不銹鋼相比，含氮不銹鋼具有更強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕能力。根據(jù)不銹鋼的孔蝕抗力當(dāng)量 (PREN) 表達(dá)式：

氮元素的當(dāng)量系數(shù)是鉻元素的 16 倍，可見氮能顯著提高不銹鋼的點(diǎn)蝕抗力。此外，在提高抗點(diǎn)蝕性能上，鉬與氮具有協(xié)同作用[18]。氮能減輕鉻、鎳等合金元素在兩相中分布的差異，減少基體的貧鉻現(xiàn)象，降低選擇腐蝕的傾向性[19]。錳作為昂貴元素鎳的替代合金，對(duì)材料抗局部腐蝕性能有害，氮的加入彌補(bǔ)了高錳鋼在腐蝕方面的缺陷[20]。氮的這些作用提高了材料的整體腐蝕抗力，并且其提高幅度隨含氮量增加而增加，因而含氮不銹鋼具有高的耐腐蝕性。

促進(jìn)生物兼容性

一直以來鎳作為奧氏體化穩(wěn)定元素，在奧氏體和雙相不銹鋼中具有不可撼動(dòng)的作用。關(guān)于鎳的危害性生物醫(yī)藥科學(xué)家和工程師們做了大量的研究和調(diào)查，認(rèn)為其作為重金屬易造成土壤和水資源污染；對(duì)人體而言，鎳可能誘導(dǎo)呼吸道過敏，頻繁接觸鎳和含鎳化合物可能導(dǎo)致皮炎以及致癌的危險(xiǎn)[4]。氮比鎳在穩(wěn)定奧氏體方面具有更好的優(yōu)勢(shì)，氮的應(yīng)用減少了鋼中鎳的使用，從而能有效的阻止鎳危害。文獻(xiàn)[21]對(duì)不同氮含量的高氮無鎳不銹鋼的血小板粘附、動(dòng)力學(xué)凝血時(shí)間等生物相容性指標(biāo)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)氮含量越高其生物相容性越好。中科院對(duì)自主研制的新型醫(yī)用高氮無鎳不銹鋼 BIOSSIN4 (17Cr-12Mn-Cu-0.43N) 進(jìn)行細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明與含鎳的 316 L 相比具有更好的生物兼容性[22]。美國 Capenter 公司開發(fā)的高氮無鎳奧氏體不銹鋼 (Fe-21Cr-22Mn-1Mo-1N) 也具有較好的力學(xué)性能和生物兼容性，并于 2002 年納入到 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)中[17]。因而，這些高氮無鎳不銹鋼由于具有良好的機(jī)械性能和生物兼容性，在醫(yī)療器械行業(yè)可廣泛應(yīng)用。

提高蠕變性和疲勞強(qiáng)度

通常認(rèn)為增加氮含量提高抗蠕變性能，是氮的固溶強(qiáng)化作用以及氮使沉淀析出的碳化物形貌得到改善。此外，氮能降低穩(wěn)態(tài)蠕變速度，對(duì)材料室溫下的蠕變有強(qiáng)化作用，甚至在高達(dá) 973 K 的高溫時(shí)仍有效果[7]。文獻(xiàn)[23]研究了 15Cr 鐵素體鋼中增加碳和氮對(duì)蠕變性的影響，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)加碳對(duì)蠕變斷裂強(qiáng)度幾乎沒有影響，而單獨(dú)加氮以及碳、氮共加對(duì)蠕變斷裂強(qiáng)度提高顯著，并對(duì)其微觀組織觀察發(fā)現(xiàn)，氮和碳的加入細(xì)化了晶粒尺寸，形成了細(xì)小的析出相。

增加氮可以提高室溫疲勞壽命，特別是固溶的氮對(duì)室溫疲勞性能的好處非常明顯。與傳統(tǒng)的不銹鋼相比，高氮不銹鋼具有較高的應(yīng)力水平、應(yīng)變循環(huán)以及強(qiáng)烈的循環(huán)硬化傾向，因而在一定的氮含量?jī)?nèi)，材料的疲勞強(qiáng)度隨著氮含量提高而提高，當(dāng)?shù)窟^高則對(duì)疲勞強(qiáng)度影響不是很明顯[24]。氮提高材料疲勞強(qiáng)度的原因，主要是由于固溶的氮原子與位錯(cuò)的交互對(duì)位錯(cuò)起阻礙釘扎作用。此外，固溶的氮利于形成短程有序區(qū)，不僅能降低層錯(cuò)能，而且有助于平面滑移及滑移的可逆性，這有助于提高疲勞壽命，特別是室溫疲勞壽命。然而當(dāng)?shù)^飽和后，其會(huì)以氮化物形式出現(xiàn)，對(duì)疲勞強(qiáng)度影響不明顯。關(guān)于氮對(duì)雙相不銹鋼的疲勞壽命的影響，Akdut 認(rèn)為雙相不銹鋼的疲勞壽命受處理過程、織構(gòu)、形態(tài)、氮含量及各相等諸多因素的影響，氮不能提高雙相鋼的疲勞壽命[25]。Vogt 認(rèn)為在雙相不銹鋼中，氮顯著提高奧氏體性能，而氮不易溶解在鐵素體中，鑒于氮對(duì)奧氏體和鐵素體兩相的性能差異的影響，氮不利于疲勞強(qiáng)度的提高[24]。

含氮不銹鋼制備工藝

含氮不銹鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵問題是提高鋼中氮的溶解度，防止冷凝過程中鋼內(nèi)氮的溢出。文獻(xiàn)[7]反復(fù)強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)高氮不銹鋼的難題主要是如何得到固溶的氮。圍繞這一難題，科學(xué)家、工程師和研究者們開發(fā)了各種各樣的工藝方法來得到含高氮不銹鋼。目前，生產(chǎn)含氮不銹鋼主要有添加含氮合金冶煉、噴吹含氮?dú)怏w冶煉、增壓冶煉以及粉末冶金等。

添加含氮合金冶煉法

生產(chǎn)含氮不銹鋼材料最常用的方法是添加含氮合金冶煉法。這種制備工藝是在鐵基熔體后期向其中添加具有一定粒度的含氮物質(zhì)并快速凝固成型來實(shí)現(xiàn)材料的增氮。常用含氮物質(zhì)有氮化鉻鐵、氮化錳鐵、含氮的釩鐵及氮化硅等，其中氮化鉻鐵增氮效果明顯強(qiáng)于氮化錳鐵和氮化硅[26]。添加含氮合金時(shí)要控制好其粒度，這有利于增加鋼液與含氮合金的接觸面積，實(shí)現(xiàn)氮的均勻吸收和氮的固溶。大量研究表明，含氮合金的粒度控制在 2～5 mm 為宜。同時(shí)為了避免熔煉和凝固時(shí)氮的溢出，含氮合金的加入時(shí)間和溫度，以及熔體的停留時(shí)間及其凝固條件等要合理配合，這需要大量的實(shí)驗(yàn)及試制來制定符合自身?xiàng)l件的生產(chǎn)工藝。文獻(xiàn)[26]通過向 Cr18Mn18N 鋼中添加氮化鉻鐵，制備的材料氮含量可達(dá) 1.1%。然而，常壓下添加含氮合金快速凝固，易導(dǎo)致鑄錠中產(chǎn)生氣泡且鑄錠組織不均勻，另外，采用含氮合金生產(chǎn)會(huì)增加制備成本。

噴吹含氮?dú)怏w冶煉法

AOD 和 VOD 工藝的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了氮在不銹鋼中的準(zhǔn)確控制，也成功地實(shí)現(xiàn)了含氮不銹鋼商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。通過 AOD 或 VOD 工藝在脫碳后期用吹氮代替吹氬，從精煉容器的底部向鋼液中吹入氮?dú)?，依靠彌散的氮?dú)馀菰黾託?液接觸面積，同時(shí)對(duì)鋼液進(jìn)行攪拌，從而有效促進(jìn)鋼液中氮含量與氣相氮分壓接近熱力學(xué)平衡，提高氮的擴(kuò)散速度、縮短熔煉時(shí)間，利于氮的快速吸收[27]。然而，常壓下吹氮所導(dǎo)致的氮增加量并不高，還需要通過其他工藝來實(shí)現(xiàn)鋼的高氮化。文獻(xiàn)[28]采用 AOD 工藝通過多次向鋼液中吹氮?dú)猓⒃诤笃谘a(bǔ)加氮化鉻冶煉出了含氮量達(dá) 0.56% 的高氮奧氏體鋼 (1Cr22Mn15N)。此外，采用高壓吹氮，并通過合理改善鋼液成分，材料中氮含量可高達(dá) 1.2%。有時(shí)為了確保后期鋼中氮含量不損失，也可適當(dāng)添加含氮合金起增氮或保氮作用。這種工藝與添加含氮合金冶煉法相比，更適用于含氮不銹鋼大規(guī)模生產(chǎn)。

增壓冶煉法

鑒于壓力對(duì)鋼中氮溶解度的影響，增壓冶煉含氮不銹鋼得到了科研工作者們的高度關(guān)注。在傳統(tǒng)和新興的熔煉設(shè)備上通過增壓來實(shí)現(xiàn)鋼的高氮化，如增壓等離子電弧重熔、熱等靜壓熔煉、加壓感應(yīng)熔煉以及增壓電渣重熔等，然而這些生產(chǎn)方法存在工業(yè)設(shè)備昂貴、工藝控制困難、氮分布不均勻、高壓危險(xiǎn)且能耗較大等問題。

等離子弧熔煉是利用等離子弧作為熱源來熔化、精煉和重熔金屬的一種冶煉方法。為了達(dá)到溶解更多的氮，可采用增壓的方式。增壓等離子弧重熔法制備含氮不銹鋼是在壓力達(dá) 0.45 MPa 下，氮在等離子弧區(qū)分解成原子提供給鋼液，可實(shí)現(xiàn)快速達(dá)到氮飽和濃度。然而，等離子弧噴射加熱不均勻造成金屬熔池溫度波動(dòng)，導(dǎo)致氮含量難以精確控制并且所得鋼錠氮分布也不均勻。增壓等離子弧重熔技術(shù)僅在德國、俄羅斯、烏克蘭的一些研究所及公司有所應(yīng)用[7]。

熱等靜壓熔煉是在高溫下，對(duì)熔液施加以高的等靜氣體壓力來實(shí)現(xiàn)含氮不銹鋼的生產(chǎn)，其爐內(nèi)壓力可達(dá) 200 MPa。Rawers 等通過制備 Fe、Cr、Ni 粉末，在高的等靜氮?dú)怏w下熔煉，制備了氮含量高達(dá) 4.9% 的材料 (間隙原子氮含量達(dá) 2.6%)。然而熱等靜壓制備的含氮不銹鋼基體中，當(dāng)?shù)看笥?1%時(shí)，易形成氮化物沉淀[29]。熱等靜壓并不適于工業(yè)化制備含氮不銹鋼，主要用于制備實(shí)驗(yàn)用材料。

加壓感應(yīng)爐熔煉是在一定壓力下，利用物料的感應(yīng)電熱效應(yīng)而使物料加熱或熔化的一種冶煉方法。由于熔煉時(shí)加熱溫度均勻，感應(yīng)攪拌作用下易實(shí)現(xiàn)氣液對(duì)流，有利于氮在熔體中的均勻擴(kuò)散，從而縮短了熔體中氮在特定壓力下到達(dá)平衡的時(shí)間，所得的鑄錠組織也較均勻。日本大同鋼鐵廠通過在惰性氣體保護(hù)下，利用加壓感應(yīng)熔煉，最后鑄造成形得到了含氮量超過 0.6% 的高氮鋼 RS0719 (21Cr-10Mn-2Mo-0.8N)，硬度與 SUS440C 相當(dāng)，腐蝕性能與 SUS316 接近[30]。然而感應(yīng)加熱后鋼液中含有大量的過飽和氮，安全隱患較大，因而不利于大規(guī)模生產(chǎn)。

增壓電渣重熔是在高壓下，利用電流通過熔渣時(shí)產(chǎn)生的電阻熱作為熱源來重熔原材料制備的自耗電極進(jìn)行二次精煉的工藝。在制備高氮鋼時(shí)，其增壓方式通過提升氮?dú)鈮毫韺?shí)現(xiàn)，同時(shí)添加加入料 (粒狀含氮合金及脫氧劑等) 生產(chǎn)出高氮材料。增壓電渣重熔是目前商業(yè)生產(chǎn)含氮不銹鋼的有效方法。德國 Krupp 公司于1980 年建成了世界上第一臺(tái) 16 t 高壓電渣爐，1996年德國VSG 公司又建成 16 t 和 20 t 的 2 臺(tái)高壓電渣爐。用增壓電渣重熔技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)用高氮奧氏體鋼 P900 (X5CrMnN18-8)，氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá) 1.05%，屈服強(qiáng)度高達(dá) 1500 MPa[31]。

粉末冶金法

粉末冶金是通過制取金屬粉末 (或金屬粉末與非金屬粉末的混合物) 作為原料，實(shí)施成形和燒結(jié)，制成材料或制品的加工方法。在制備高氮鋼時(shí)，粉末冶金技術(shù)可以通過非平衡方法獲得過飽和的含氮固溶體以及細(xì)小析出相，并可獲得晶粒細(xì)小的組織。常用的高氮粉末制備工藝有：機(jī)械合金化、氣體霧化以及粉末固態(tài)氮化。高氮粉末通過熱擠壓或粉末注射后燒結(jié)成形得到含氮不銹鋼。

粉末冶金生產(chǎn)含氮不銹鋼具有較大的優(yōu)勢(shì)，其中氮?dú)鈿夥障路勰┳⑸涑尚?燒結(jié)滲氮工藝是生產(chǎn)含氮不銹鋼十分有潛力的工藝。通過該工藝制備含氮材料，其成品孔隙度低，機(jī)械性能以及耐腐蝕性良好[32]。北京科技大學(xué)曲選輝教授通過該工藝制備了無鎳高氮奧氏體不銹鋼 (0Cr17Mn11Mo3N)，其氮含量達(dá) 0.78%[33]。此外，粉末冶金省去了昂貴的高壓熔煉設(shè)施，具有少加工、節(jié)約材料、成本較低，可直接制備出所需復(fù)雜形狀的零件。大量有益的探索表明，粉末冶金法是經(jīng)濟(jì)高效潛力巨大制備含氮不銹鋼的工藝[32-33]。因而，粉未冶金生產(chǎn)含氮不銹鋼的研究越來越得到生產(chǎn)者和研究者的重視。

含氮不銹鋼存在的問題

在含氮不銹鋼的制備上，常規(guī)冶煉含氮不銹鋼存在工藝復(fù)雜、含氮合金貴且增氮困難等問題；增壓冶煉含氮不銹鋼，存在設(shè)備復(fù)雜、昂貴、能耗大且組織不均勻的現(xiàn)象；粉末冶金制備含氮不銹鋼雖然較前面兩種工藝經(jīng)濟(jì)高效，但粉末的制備和燒結(jié)不能像普通鋼材那樣實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和供應(yīng)，且易造成粉塵污染，同時(shí)也不宜生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜尺寸大的零件。

含氮不銹鋼性能優(yōu)越的前提條件是鋼中氮以固溶形式存在，而氮的高固溶使鋼在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在高溫、低壓以及真空下使用或重熔時(shí)，氮易過飽和溢出造成材料組織及性能的改變從而影響其應(yīng)用范圍。文獻(xiàn)[34]通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)氮含量 0.276% 到 0.910% 之間的不銹鋼在熔融態(tài)及高溫固溶態(tài)下進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)，高氮材料在熔融和固溶狀態(tài)下存在明顯的相變和氮?dú)庖绯霈F(xiàn)象，而低氮時(shí)沒有明顯的氮?dú)庖绯龅舶l(fā)生了相變。文獻(xiàn)[35]通過鑄造得到不同氮含量的雙相不銹鋼，發(fā)現(xiàn)鑄造含氮雙相不銹鋼易產(chǎn)生氣孔，進(jìn)行高溫固溶熱處理時(shí)易發(fā)生相變，奧氏體相嚴(yán)重減少。

另外，含氮不銹鋼的焊接會(huì)比普通不銹鋼產(chǎn)生更多的問題。比如焊接時(shí)產(chǎn)生的熱影響區(qū)容易造成氮的溢出流失、氮化物析出以及硬脆相的形成，這會(huì)導(dǎo)致在焊縫內(nèi)產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷，極大地弱化了焊接區(qū)材料的性能[36]。為了避免上述情況的出現(xiàn)，有研究者在含氮鋼焊接時(shí)采用 Ar+N 保護(hù)方式，通過提高氮分壓防止氮溢出；在自熔焊時(shí)，利用填充材料吸氮從而獲得無氣孔和高氮含量的焊縫。文獻(xiàn)[37]在高氮?dú)鈮合?，?duì) SUS316L 采用 GMAW (Gas Metal Arc Welding) 焊接，焊后焊縫未發(fā)現(xiàn)氣孔，氮含量達(dá) 0.65%。然而當(dāng)?shù)砍^ 1% 時(shí)，氮?dú)獾囊绯鰰?huì)非常劇烈,很難控制。整體而言，高氮壓焊接和焊接填充材料帶來的氮增加有限，而且焊縫冷卻凝固時(shí)固氮工藝也相對(duì)復(fù)雜。針對(duì)高含氮量雙相不銹鋼材料，其在焊接過程如果控制不得當(dāng)，還極易出現(xiàn)惡化性能的 σ 相，從而極大影響材料的機(jī)械性能。

含氮不銹鋼加工硬化也不容忽視。有研究者參照普通奧氏體不銹鋼的加工經(jīng)驗(yàn)對(duì)化學(xué)成分為 Cr-Mn-0.14C-0.56N 的含氮不銹鋼的工藝性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該材料有嚴(yán)重加工硬化現(xiàn)象[38]。因而，含氮不銹鋼相對(duì)較差的切削加工性在一定程度也限制了其在某些機(jī)械零部件上的應(yīng)用。

結(jié) 語

含氮不銹鋼由于比傳統(tǒng)不銹鋼具有更高強(qiáng)度、更高強(qiáng)塑韌性以及優(yōu)越的生物兼容性和耐腐蝕性等，因而可廣泛應(yīng)用于石油化工、生物醫(yī)療器械、海洋船舶、橋梁和航空航天等行業(yè)中。例如，開發(fā)的含氮不銹鋼 1.4406 (X2CrNiMoN17-12-2) 及1.4439 (X2CrNiMoN17-13-5)，因其高的屈服強(qiáng)度和高的耐酸腐蝕性廣泛應(yīng)用于化學(xué)設(shè)備中[39]。在醫(yī)療行業(yè)中，中科院研制的 BIOSSIN4 (17Cr-12Mn-Cu-0.43N) 以及美國 Capenter 公司開發(fā)的高氮無鎳奧氏體不銹鋼 (Fe-21Cr-22Mn-1Mo-1N) 等因具有較好的力學(xué)性能和生物兼容性，可取代 316L 作為外科植入材料[17]。含氮的 Cr18Mn18N 不銹鋼具有高強(qiáng)度、無磁性和抗應(yīng)力腐蝕的特點(diǎn)，解決了超大功率發(fā)電機(jī)用護(hù)環(huán)的重大技術(shù)問題[31]。俄羅斯的 V. V.Nazaratin 及其團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn) Cr22Mn15Ni8Mo2V 鑄造不銹鋼含氮量達(dá) 0.5%，可以澆注成形狀復(fù)雜的高質(zhì)量關(guān)鍵鑄件[1]。然而，由于含氮不銹鋼中的氮易流失，造成其熱處理和焊接困難，并且切削時(shí)易產(chǎn)生硬化從而影響其機(jī)械加工性，導(dǎo)致了該類鋼的應(yīng)用有所限制。

鑒于含氮不銹鋼的應(yīng)用并不像其他普通鋼材那樣普及，科學(xué)家們?cè)趥鹘y(tǒng)冶煉鋼鐵的基礎(chǔ)上不斷與新興科技和工藝方法結(jié)合來嘗試低成本大規(guī)模的生產(chǎn)含高氮不銹鋼。隨著現(xiàn)代先進(jìn)的焊接技術(shù)、加工技術(shù)以及更優(yōu)質(zhì)刀具材料的開發(fā)，含氮不銹鋼難于焊接和加工的問題都將能得到很好地解決，這有利于進(jìn)一步拓寬含氮不銹鋼的應(yīng)用范圍。

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