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      氮合金化不銹鋼管對現有材料的影響

      2020-05-24 14:38:16

      在實際應用過程中,高強度、高韌性的機械零件越來越受到重視。對金屬零件的這一要求與零件的設計成分、熔煉工藝、冷熱加工工藝有著重要的關系。目前,氮的引入提高了氮合金不銹鋼的強化能力,其韌性幾乎不受影響。不僅如此,N還擁有較低的價格優勢。因此,當零件需要高強度和高韌性時,氮合金鋼因其獨特的特性而受到研究者的青睞。
      近年來,一年一度的世界不銹鋼大會重點關注傳統不銹鋼管未來不銹鋼的發展趨勢,主要有兩個發展趨勢:(1)高需求快速增長(預計未來十年需求將增長70%);(2)價格持續下跌。這兩種發展趨勢似乎是矛盾的,但事實上,只有價格的下降才能導致市場需求的增加,而價格的下降將給不銹鋼制造商帶來更少的利潤空間。因此,降低成本是不銹鋼行業未來追求的最終目標。氮合金化不銹鋼就是在這種背景下誕生的。氮合金化不銹鋼管的出現將給現有材料領域帶來四大變化:
      (1)減少貴金屬鎳和其他原材料的消耗。與氮的直接或間接合金化可以減少昂貴的合金元素如鎳、鈷、鉬、鈮等的消耗。根據理論計算,1千克氮可以替代6-20千克鎳,氮的價格為0.1美元/千克,而鎳和其他合金的價格約為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%。進一步的研究表明,氮合金化不銹鋼具有許多特殊的性能,如無磁性、高強度、高塑性、冷變形處理后的高抗力,此外還有一些其它良好的綜合性能。
      (3)根據國家的發展戰略和應用領域,可以采用全新的設計理念,開發滿足需求的高性能鋼種,如核電廠、發動機、航空航天、工業、建筑、工具和民用鋼種系列。
      (4)氮合金化不銹鋼環保無毒。與人接觸不會造成傷害。
      不銹鋼問世至今已有100多年的歷史。至于生態、環保、無毒、與人接觸不會造成傷害的氮合金化不銹鋼,國外近幾十年也開展了研究工作。然而,中國在這方面的研究才剛剛開始。特別是近年來,中國國民經濟的快速增長帶動了中國鋼鐵工業的快速發展,對不銹鋼的需求也日益增加。然而,在不銹鋼,特別是奧氏體不銹鋼工業發展的背后,我們應該看到鎳作為一種冶金資源,正面臨著嚴重的短缺。因此,為了保證不銹鋼工業的可持續發展,我們應該致力于尋找新的替代資源。從目前的情況來看,根據中國的實際國情和節約資源、降低成本的原則,氮合金化不銹鋼的研發在未來不銹鋼發展市場上有很大的潛力。這必將大大提高中國不銹鋼工業在世界鋼鐵工業中的競爭力。
      這表明氮合金化不銹鋼作為一種全新的革命性產品,具有巨大的潛力和商機,但在當前形勢下也面臨著許多問題。其中,316L不銹鋼管廠家最基本的問題是氮的強化機制[6]。研究表明,氮的強化作用是基于相變、間隙分布和再分布、預沉淀和沉淀、馬氏體相變等。Uggowitzer[7]等人討論了氮在奧氏體鋼中的強化機理,認為氮對屈服強度的影響由固溶強化、晶界強化和冷變形強化三部分組成,并給出了相應的模型,但這些模型的正確性仍需進一步驗證。對于一種特定的氮合金化不銹鋼,其顯微組織不同,處理方法也不同,當然其強化方法也不同,因此需要進一步研究。此外,近年來,材料在熱加工下的力學行為和熱軋變形越來越受到重視,因為在材料的實際應用中,特別是在航空、航天和軍事領域,為了獲得滿意的強度和韌性,有必要了解鋼的熱塑性,找出鋼的高溫塑性區和脆性區。熱軋變形是目前獲得滿意強度的好方法。通過優良的熱軋工藝生產的氮合金不銹鋼發揮了氮的增韌作用,可獲得高屈服強度、抗拉強度、良好的韌性、低的韌脆轉變溫度和優異的成型性能。因此,316L不銹鋼無縫管研究材料熱加工和熱軋變形的力學行為是非常必要的。本課題就是在上述背景下提出的。通過對材料的研究,闡明了氮添加對材料顯微組織和力學性能的影響以及熱變形后對材料顯微組織和力學性能的影響,從而進一步掌握變形機制與變形溫度、應變速率和力學性能之間的內在聯系,為進一步開發高強度、高韌性、高塑性的氮合金化奧氏體不銹鋼奠定基礎。

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