氮在201不锈钢管中应用的发展过程

在1912年Andrew发现了氮对201不锈钢管力学性能的重大影响之后，氮在201不锈钢管中的有利作用才被人们认可。1926年，Adcock做了氮在铬和铁铬合金中提高强度机理的研究。上世纪30年代末期，由于战争原因，镍作为战略资源被有关国家控制，镍资源的短缺使得人们开始以氮代镍进而达到稳定奥氏体组织的研究。这一时期，Uhlig还首次报道了氮对奥氏体不锈钢在局部腐蚀性能方面的有益作用。到了五十年代，人们开始研究氮合金化钢的潜在性能和工艺技术，AOD工艺的成熟使得用氮作为合金元素进行不锈钢合金化的研究成为现实。这一研究结果导致节镍Cr-Mn-N和Cr-Mn-Ni-N奥氏体不锈钢开始标准化，即AISI200系列不锈钢的标准化。六十年代后期，含氮不锈钢“Nitronic”(21Cr-9Mn-7Ni-0.32N)和0.18N钢开始工业化生产。这类201不锈钢管的特点是Mn和N含量高、强度高、低温韧性好，耐蚀性好。这一时期还完善了氮对201不锈钢管力学性能和耐腐蚀性能相关的知识[5]。七十年代，瑞典的Avesta首先试制了氮合金化钼钢254SMO，之后美国开发了合金AL6XN。八十年代以后，陆续开发了许多高铬、高锰及高钼合金。九十年代，日本以不增加过多的Cr、Mo、Ni为方针，以无锰高氮和材质清洁为目的，开发出耐海水腐蚀资源节约型不锈钢23Cr-4Ni-2Mo-1N。2000年，日本又开发出用氮完全代镍的高锰不锈钢NFS。2001年，英国的一家公司又开发了新型耐腐蚀的高氮钢Fe-24Cr-18Ni-6Mn-4.5Mo-0.5N。由此可见，国外对含氮不锈钢在其基础研究，性能研究，应用研究等方面进展较快。

国内含氮钢的研究由于受到实验条件和技术等因素的影响，起步较晚。上世纪五十年代开始仿制出以锰、氮代镍的含氮奥氏体不锈钢1Cr17Mn6Ni5N和1Cr18Mn8Ni5N。随后为解决尿素生产中遇到的问题，通过向AISI204不锈钢中加入2~3%的Mo，研制出了1Cr18Mn10Ni5Mo3N钢。六十年代开始，随着我国的工业发展需求，电炉氧气冶炼技术逐步成熟，这时人们利用电炉氧气冶炼技术开发出高氮无镍的双相不锈钢，其成分为1Cr18Mn14Mo2N。八十年代开始进行研究氮含量为0.05~0.1%型和氮含量大于0.1%的两种不锈钢，这一时期还研究了氮在力学性能方面的强化作用，在局部腐蚀方面改善耐晶间腐蚀性能和改善耐点蚀性能。近二三十多年，由于核工业的发展需要开发了控氮型的铬镍奥氏体不锈钢。国家“九五”重点技术开发指南中还包括了对控氮型0Cr18Ni14Mo2N不锈钢的研制，它主要应用于大型核电站主管道大口径锻件，2004年，国家把资源节约型201不锈钢管的研制作为重点课题列入基础研究计划项目。2006年在中国四川召开了第九届国际高氮钢会议，通过这次会议又一次推动了我国高氮钢研究的热潮，也为我国高氮钢的研制提供了机遇。近几年，许多国内高校和研究机构对含氮钢的冶炼、力学性能、组织特点、加工工艺等方面陆续开展了一系列的研究。