高氮无镍奥氏体不锈钢的研究与发展

高氮无镍奥氏体不锈钢比传统镍奥氏体不锈钢具有更优良的力学性能及明显的成本优势,并且避免了镍过敏问题,是金属生物材料的研究热点之一.本文阐述了高氮无镍奥氏体不锈钢的成分设计思路,分析了合金元素和生产工艺对氯溶解度的影响,介绍了氮气加压熔炼法和粉末冶金法两类高氮不锈钢制备技术的原理及特点,讨论了高氯无镍不锈钢的力学性能、耐蚀性能和生物相容性,对国内外高氮无镍奥氏体不锈钢的开发应用现状及存在的问题进行了深入分析,并指明了高氮无镍奥氏体不锈钢的发展趋势.     

高氮低镍奥氏体不锈钢的低温性能与组织稳定性

评估[Ni]当量相近、[Cr]当量相同、氮含量不同的奥氏体不锈钢的低温性能和组织稳定性,测试了含氮量分别为0.614%和0.529%的奥氏体不锈钢H1和H2的低温拉伸和低温冲击性能,利用扫描电镜和X射线衍射仪分别对两种试验钢的拉伸断口与冲击断口进行了形貌观察和组织检测,利用TEM分析拉伸断口的显微组织。结果表明：两种试验钢的抗拉强度与屈服强度随着试验温度的降低单调增加,伸长率和断面收缩率逐渐减小,氮含量增加提高材料的强度但降低塑韧性;低温冲击试验的结果是氮含量增加降低试验钢的冲击性能,但对韧脆转变温度影响不大,H1与H2试验钢的韧脆转变温度分别为－122 ℃与－123 ℃。XRD与TEM的检测结果均表明此两种试验钢均具有良好的组织稳定性,低温拉伸与冲击均未发生马氏体相变与氮化物析出。     

高氮无镍奥氏体不锈钢耐蚀性的研究

以常压下冶炼的高氮无镍奥氏体不锈钢为材料,经1150℃强烈塑性变形,轧制成2 mm厚的板材,将热轧后的板材进行1100℃、保温10 h、水淬的固溶处理。通过酸浸试验、极化曲线测试和盐雾腐蚀试验,并与1Cr18N i9Ti钢的耐蚀性进行比较。结果表明,冶炼高氮无镍奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性能。     

粉末注射成形无镍高氮不锈钢工艺

采用粉末注射成形工艺制备了无镍高氮奥氏体不锈钢(0Cr17Mn11Mo3N),研究了喂料的流变行为,注射工艺及烧结工艺.结果表明:64 vol%气雾化0Cr17Mn11Mo3粉末与适量的粘结剂(65 wt%石蜡+30 wt%高密度聚乙烯+5 wt%硬脂酸)混合后的喂料具有较好的流变性能;最佳注射工艺参数为注射压力75～95 MPa,相应的注射温度为160～170℃;提高烧结温度有利于提高烧结体的密度,但是对提高氮含量不利,而增加烧结氮气氛压力可以获得较高的氮含量,但是不利于提高烧结体密度,最佳的烧结工艺为0.1 MPa氮气压力下1300℃烧结2 h,此时烧结体相对密度町以达到99%,氮含量可达到0.78%.     

高氮奥氏体不锈钢仰焊焊接接头组织与性能研究

通过金相观察、力学性能和耐蚀性能试验,采用00Cr20Ni15Mo2N钢研究了高氮奥氏体不锈钢焊条电弧仰焊焊接接头的组织与性能,并对其焊接工艺进行了适当的实践与探讨。结果表明,接头的抗拉强度不低于母材,而且塑性良好。焊缝为100%奥氏体组织,呈较为粗大的柱状晶形态,且与母材熔合良好;过热区的晶粒长大不严重。焊态时,焊接接头的腐蚀速率与母材相当,经敏化处理的晶间腐蚀试样,弯曲90°后未发现因晶间腐蚀而产生的裂纹。均匀腐蚀全浸试验的年均腐蚀速度为1.32×10~(-3)mm/年,具有良好的耐腐蚀性能。     

氮含量对无镍含钼奥氏体不锈钢相变的影响

以Cr18 Mn14 Mo3无镍含钼不锈钢为基本成分,设计并冶炼了电渣重熔锭实测氮含量为0.008％～0.770％的4炉高氮CrMnMo奥氏体不锈钢(氮含量设计范围为0.004％～0.850％),对各试验钢的平衡相转变进行了热力学计算,对试验钢的显微组织形貌进行了观察.结果表明:试验钢的氮含量在0.40％到0.85％区...     

高氮奥氏体不锈钢锻件的制造

本文介绍奥氏体Cr-Ni-Mn-N钢压力加工时热力规范的研究。按此规范加工,能使轴类、套筒、护环等锻件的锻造工艺过程合理化,还可用3.2～32.5t的多元合金钢锭制得合格的毛坯件。     

固溶时效对节镍型高氮奥氏体不锈钢组织的影响

对热轧态节镍型高氮奥氏体不锈钢进行固溶及时效处理,利用光学显微镜、电子背散射衍射,结合相图系统分析该材料固溶处理及时效后组织变化规律。结果表明,1050 ℃固溶处理后,试验钢基体为奥氏体,存在少量的铁素体,奥氏体晶粒形状偏等轴,晶粒内部存在大量孪晶。时效后,析出相主要为Cr₂N、CrN、Cr₂₃C₆。在时效时间为5 h不变的条件下,温度由650 ℃升高至800 ℃,碳化物及氮化物数量呈现先增长后降低的趋势,在750 ℃时数量最多。而在750 ℃时效5~10 h范围内,随着时效时间的增加,析出相数量变化不大。析出相的析出过程为:先在晶界交叉处析出胞状析出物,随时间的延长,在晶界逐渐析出条状析出物,在晶内开始出现并逐渐长大,最终形成类珠光体的片层状析出。     

无镍高氮奥氏体钢焊接接头氮含量的预测

针对32Mn-7Cr-0.6Mo-0.3N氮强化奥氏体钢，采用TIG焊接方法研究了焊缝中氮含量与保护气氛中氮气添加比例的关系，并根据Sieverts定律推导并建立了上述关系的数学模型。     

固溶处理对06Cr23Mn22MoN高氮无镍奥氏体不锈钢耐腐蚀性能的影响

采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱、X射线光电子能谱等研究了固溶处理(固溶温度范围为800～1200℃,保温时间为1 h)对06Cr23Mn22MoN高氮无镍奥氏体不锈钢耐腐蚀性能的影响。结果表明:高氮无镍奥氏体不锈钢耐腐蚀性能主要受第二相、钝化膜及晶粒尺寸的影响;固溶温度由800℃升高到1100℃,随着Cr_2N的逐渐消除,实验钢的耐腐蚀性能逐渐改善;在固溶温度为1100℃时,Cr_2N向表面富集反应生成NH_4~+和NH_3并吸附在钝化膜表面,提高了钝化膜的稳定性,实验钢的耐腐蚀性能最好;当固溶温度高于1100℃时,晶粒长大会降低表面原子活性,形成钝化膜的速度减慢,导致实验钢的耐腐蚀性能降低。     

高温渗氮工艺对高氮无镍不锈钢组织及力学性能的影响

采用高温渗氮在奥氏体/铁素体双相不锈钢表面形成了奥氏体高氮层。试验结果表明,渗氮层氮含量可达1.0%,与原材料相比氮含量增加了2倍。原始双相组织已经转变为奥氏体,渗氮层深度达到2 mm以上。采用合理优化的高温渗氮工艺,可在提高不锈钢强度、硬度的同时,其伸长率、断面收缩率仍然保持较高的水平。高温渗氮工艺制备高氮无镍不锈钢的最佳工艺参数为:加热温度1200℃、氮气压力0.3 MPa、保温时间24 h。     

高氮奥氏体不锈钢研究进展

目前高氮钢研究的主要热点是高氮不锈钢,而高氮奥氏体不锈钢的应用前景最被看好.综述近年来国内外高氮奥氏体不锈钢的研究现状,包括氮在奥氏体不锈钢中的作用机理;高氮奥氏体不锈钢的试制;高含量氮对奥氏体不锈钢力学性能、耐蚀性能和组织稳定性的影响以及对高氮不锈钢应用前景的展望.     

低镍和无镍奥氏体不锈钢的研究现状及进展

低镍和无镍奥氏体不锈钢以锰、氮等元素取代Cr-Ni不锈钢中的镍元素而具有较低的成本、优异的综合性能.综述了以锰代镍的Cr-Mn不锈钢,低镍Cr-Mn-Ni-N不锈钢,高氮无镍的Cr-Mn-N不锈钢及其在生物医用领域的研究和应用进展,并对低镍和无镍奥氏体不锈钢的发展进行了展望.     

节镍型高氮奥氏体不锈钢应变硬化行为

为研究冷变形及碳含量对节镍型高氮奥氏体不锈钢应变硬化的影响规律,选取2种碳含量和6种变形量的节镍型高氮奥氏体不锈钢进行拉伸实验,根据实验结果绘制工程应力-工程应变曲线,结合实验结果及微观组织分析,得出结论:高氮奥氏体不锈钢在冷轧过程中,随着变形量增加,屈服强度及抗拉强度均呈现大幅度上升,但伸长率逐渐降低。随着奥氏体晶粒拉长,微观组织中孪晶密度随着变形量的加大而增加,变形孪晶破坏,孪晶在滑移分割作用下呈现条带状。对比不同变形量的冷轧材料拉伸结果,屈强比随冷变形量的增加而增加。在小变形量(10%～20%)时,加工硬化值随着碳含量的增加而减小;当变形量较大时,随着应变量的增加,含碳量高的实验钢表现出更强的加工硬化。     

新型高氮低镍奥氏体不锈钢点蚀性能研究

设计制备了新型高氮低镍奥氏体不锈钢（高氮钢）。采用阳极动电位极化法测量了此钢在不同浓度和不同pH值的NaCl溶液中的点蚀电位,获得了点蚀电位随溶液浓度及pH值变化的关系曲线,并与800H钢进行了对比。用扫描电镜（SEM）对样品表面进行了形貌观察,对点腐蚀坑处进行了线扫描,分析了高氮钢耐点蚀的机理。研究表明,在不同浓度和pH值的NaCl溶液中,高氮钢的点蚀电位达到1.2 V以上,800H钢的点蚀电位在0.3 V以下。扫描图显示腐蚀区域内,高氮钢的点蚀坑稀少且面积较小,800H钢的点蚀坑密集且面积较大。线扫描表明氮在腐蚀坑内的含量略有下降;氮在钝化膜/金属界面富集,形成NH₄⁺,并且抑制侵蚀性Cl^-的吸附是提高高氮钢耐蚀性的原因。     

高氮低镍奥氏体不锈钢的力学性能及析出相

通过对高氮低镍奥氏体不锈钢(0Cr25Ni2Mn17Mo1NbN)进行1100℃固溶处理,水冷,利用万能拉伸试验机测试其力学性能并和316L奥氏体不锈钢进行对比。将高氮低镍奥氏体不锈钢在不同温度(700、750、800℃)时效2 h,利用光学显微镜和洛氏硬度计,观察不同温度下时效2 h试验钢的析出状况和试验钢的硬度,利用扫描电镜、透射电镜来观察和分析试验钢800℃析出物的形貌及种类。试验结果表明,高氮低镍奥氏体不锈钢在1100℃固溶处理后有良好的力学性能,高氮低镍奥氏体不锈钢在800℃大量析出相为σ相,其次是Cr2N,伴有少量Cr23C6析出,还有微量Nb(C,N)析出。析出相形态有胞状、短棒状和片状布满整个基体。试验钢时效后的硬度值要比时效前(固溶态)的硬度值高,且试样随时效温度升高其硬度值呈现上升趋势。     

节镍型高氮奥氏体不锈钢固溶处理加热过程中的组织演变

对节镍型高氮奥氏体不锈钢进行固溶处理,通过控制加热温度和保温时间,研究高氮奥氏体不锈钢组织的变化规律。结果表明,800℃保温1 h后微观组织中出现混晶,在变形组织的晶界处产生细小的动态再结晶晶粒。在900～1050℃,随温度的升高,再结晶晶粒数量增多,尺寸增大。保温时间的增长会导致晶粒逐渐长大。在1200℃保温,晶粒尺寸从保温0. 5 h时的70μm增长到保温1 h时的117μm,此时晶粒最为均匀。平均晶粒尺寸随时间的变化呈抛物线增长,符合Beck方程:D=105.1t^0.45。并根据试验得到试验钢的最佳热处理方式为1050～1200℃保温1 h。      

高氮奥氏体不锈钢MIG焊接头的组织和性能

高氮钢焊接技术的研究是高氮钢研制和应用的关键技术之一.采用熔化极惰性气体保护焊方法对7 mm和14 mm厚的高氮钢进行了焊接,研究了焊接接头的组织和力学性能.研究结果表明,高氮钢MIG焊焊缝和热影响区的组织为奥氏体和少量的δ-铁素体,焊接接头强度与母材相当.7 mm厚板MIG焊焊接接头具有较好的韧性,而14 mm厚板热影响区韧性较低,其原因为经历多次焊接热循环导致敏化区的碳化物Cr23C6析出增多,致使韧性下降.     

固溶+时效对节镍型高氮奥氏体不锈钢力学性能的影响

对热轧态节镍型高氮奥氏体不锈钢进行固溶及时效处理.采用显微硬度检测、室温拉伸、TEM等手段,系统分析固溶及时效处理对试验钢力学性能的影响.结果表明,随着时效温度的增加,试验钢的抗拉强度和屈服强度全部呈现先增加后降低的趋势,时效温度为750℃时,强度最高.试验钢的伸长率和收缩率随时效温度的上升而增大,当750℃时效5 h...