氮合金化不锈钢管对现有材料的影响

2020-05-24 14:38:16

在实际应用过程中，高强度、高韧性的机械零件越来越受到重视。对金属零件的这一要求与零件的设计成分、熔炼工艺、冷热加工工艺有着重要的关系。目前，氮的引入提高了氮合金不锈钢的强化能力，其韧性几乎不受影响。不仅如此，N还拥有较低的价格优势。因此，当零件需要高强度和高韧性时，氮合金钢因其独特的特性而受到研究者的青睐。
近年来，一年一度的世界不锈钢大会重点关注传统不锈钢管未来不锈钢的发展趋势，主要有两个发展趋势：(1)高需求快速增长(预计未来十年需求将增长70%)；(2)价格持续下跌。这两种发展趋势似乎是矛盾的，但事实上，只有价格的下降才能导致市场需求的增加，而价格的下降将给不锈钢制造商带来更少的利润空间。因此，降低成本是不锈钢行业未来追求的最终目标。氮合金化不锈钢就是在这种背景下诞生的。氮合金化不锈钢管的出现将给现有材料领域带来四大变化：
(1)减少贵金属镍和其他原材料的消耗。与氮的直接或间接合金化可以减少昂贵的合金元素如镍、钴、钼、铌等的消耗。根据理论计算，1千克氮可以替代6-20千克镍，氮的价格为0.1美元/千克，而镍和其他合金的价格约为9-40美元/千克；
(2)材料性能可以大大提高[3]，例如，磁共振和0.2可以提高400%。进一步的研究表明，氮合金化不锈钢具有许多特殊的性能，如无磁性、高强度、高塑性、冷变形处理后的高抗力，此外还有一些其它良好的综合性能。
(3)根据国家的发展战略和应用领域，可以采用全新的设计理念，开发满足需求的高性能钢种，如核电厂、发动机、航空航天、工业、建筑、工具和民用钢种系列。
(4)氮合金化不锈钢环保无毒。与人接触不会造成伤害。
不锈钢问世至今已有100多年的历史。至于生态、环保、无毒、与人接触不会造成伤害的氮合金化不锈钢，国外近几十年也开展了研究工作。然而，中国在这方面的研究才刚刚开始。特别是近年来，中国国民经济的快速增长带动了中国钢铁工业的快速发展，对不锈钢的需求也日益增加。然而，在不锈钢，特别是奥氏体不锈钢工业发展的背后，我们应该看到镍作为一种冶金资源，正面临着严重的短缺。因此，为了保证不锈钢工业的可持续发展，我们应该致力于寻找新的替代资源。从目前的情况来看，根据中国的实际国情和节约资源、降低成本的原则，氮合金化不锈钢的研发在未来不锈钢发展市场上有很大的潜力。这必将大大提高中国不锈钢工业在世界钢铁工业中的竞争力。
这表明氮合金化不锈钢作为一种全新的革命性产品，具有巨大的潜力和商机，但在当前形势下也面临着许多问题。其中，316L不锈钢管厂家最基本的问题是氮的强化机制[6]。研究表明，氮的强化作用是基于相变、间隙分布和再分布、预沉淀和沉淀、马氏体相变等。Uggowitzer[7]等人讨论了氮在奥氏体钢中的强化机理，认为氮对屈服强度的影响由固溶强化、晶界强化和冷变形强化三部分组成，并给出了相应的模型，但这些模型的正确性仍需进一步验证。对于一种特定的氮合金化不锈钢，其显微组织不同，处理方法也不同，当然其强化方法也不同，因此需要进一步研究。此外，近年来，材料在热加工下的力学行为和热轧变形越来越受到重视，因为在材料的实际应用中，特别是在航空、航天和军事领域，为了获得满意的强度和韧性，有必要了解钢的热塑性，找出钢的高温塑性区和脆性区。热轧变形是目前获得满意强度的好方法。通过优良的热轧工艺生产的氮合金不锈钢发挥了氮的增韧作用，可获得高屈服强度、抗拉强度、良好的韧性、低的韧脆转变温度和优异的成型性能。因此，316L不锈钢无缝管研究材料热加工和热轧变形的力学行为是非常必要的。本课题就是在上述背景下提出的。通过对材料的研究，阐明了氮添加对材料显微组织和力学性能的影响以及热变形后对材料显微组织和力学性能的影响，从而进一步掌握变形机制与变形温度、应变速率和力学性能之间的内在联系，为进一步开发高强度、高韧性、高塑性的氮合金化奥氏体不锈钢奠定基础。