镍是形成和稳定奥氏體(tǐ)的主要元素,但属于较為(wèi)稀缺和昂贵的金属。為(wèi)此发展了以锰、氮代镍的不锈钢。早在20年代末已开始了Fe-Cr-Mn系不锈钢的研究。30年代铬锰奥氏體(tǐ)不锈钢已经出现,40年代开始小(xiǎo)量生产。50年代一些國(guó)家(包括我國(guó)在内)开展了大量研究工作,美國(guó)的Cr-Mn-Ni-N系奥氏體(tǐ)不锈钢于1955年列入标准(AISI 201,202)并推广应用(yòng)。我國(guó)于1956年开始仿制。有(yǒu)关铬锰奥氏體(tǐ)和双相不锈钢种部分(fēn)情况已于双相钢中作了简介,1959年开始列入标准(YB10-59)。


  铬锰奥氏體(tǐ)不锈钢,也称為(wèi)节镍奥氏體(tǐ)不锈钢。可(kě)分(fēn)為(wèi)无镍和部分(fēn)代镍两类。其奥氏體(tǐ)的形成和稳定化,主要依靠锰和氮来代替镍。


1. Cr-Mn和Cr-Mn-N系奥氏體(tǐ)不锈钢


  在大于15%Cr的铬锰钢中,不能(néng)只用(yòng)增加锰量的办法来获得单相(纯)的奥氏體(tǐ)组织。并且锰使σ相區(qū)的边界向含铬量较低的方向移动,会引起脆性,其形成过程比铬镍钢快得多(duō)。為(wèi)了获得室温下纯奥氏體(tǐ)组织,只有(yǒu)在铬含量小(xiǎo)于14~15%时,经过1100~1150℃固溶水淬后才能(néng)实现。


  在Cr-Mn钢的基础上,加入0.25%以下的氮,即无镍Cr-Mn-N钢,也不能(néng)在铬含量高于15%时获得纯奥氏體(tǐ)组织。除非将氮含量提高至0.35~0.45%以上,这往往在铸锭中产生严重气泡。(一般普通18-8不锈钢的正常氮含量為(wèi)0.03~0.06%,如在氩氧精炼时用(yòng)部分(fēn)氮代替氩气,则可(kě)达0.06~0.09%N)。


 肖纪美等研究确定,在5~14%Mn的Cr-Mn-N钢中,為(wèi)在1150℃固溶处理(lǐ)温度下获得单相奥氏體(tǐ)组织所需要的C+N的最小(xiǎo)含量与钢中铬含量的关系式為(wèi)


    C+N=0.078(Cr-12.5)


   式中 C、N和Cr均表示相应元素在钢中的含量,%;



2. Cr-Mn-Ni和Cr-Mn-Ni-N系奥氏體(tǐ)不锈钢


  当铬含量高于15%时,在Cr-Mn-N的基础上,加入少量镍,便可(kě)获得纯奥氏體(tǐ)组织(见图1-2-7)。


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  可(kě)以看出,通常作為(wèi)奥氏體(tǐ)形成元素的锰,当铬含量大于15%时,形成奥氏體(tǐ)的主要元素是氮和镍,而锰的作用(yòng)是增加氮在钢中的溶解度和稳定奥氏體(tǐ)(35]。


  此类钢為(wèi)纯(单相)奥氏體(tǐ)组织时,无磁性。它具有(yǒu)较高的屈服强度和良好的深冲性能(néng)。添加铜可(kě)改善其冷变形性能(néng)。铬锰奥氏體(tǐ)不锈钢的耐蚀性主要取决于铬含量。即使含17~18%Cr的钢,在化學(xué)介质中一般仍不如18-8铬镍钢。但某些含钼钢在醋酸等有(yǒu)机酸或尿素介质中具有(yǒu)较好的耐蚀性能(néng)。铬锰奥氏體(tǐ)不锈钢的主要缺点是存在敏化态晶间腐蚀。因热处理(lǐ)不当或经焊接后,在某些介质中会产生晶间腐蚀。因此,其推广应用(yòng)受到一定的限制。采用(yòng)超低碳,可(kě)以改善耐晶间腐蚀性能(néng)。铬锰双相不锈钢比其奥氏體(tǐ)型钢的耐晶间腐蚀性能(néng)优良,但加工等生产工艺困难。比较成熟,应用(yòng)广泛的典型铬锰奥氏體(tǐ)不锈钢是GB1Cr18Mn8Ni5N(相当美國(guó)AISI202)钢。