高氮无镍奥氏体不锈钢的研究状况与发展趋势

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1、高氮无鎳奥氏体不锈钢的研究状况与发展趋势传统奧氏体不锈钢广泛应用于生物医学领域，它是通过探扩大奧氏体相区、延滞其转变而获得*L相组织的阴】。由于银是一个致敢原，含银不锈钢在与人体皮肤或组织长时间接触时，可能带來过敏风险阴】。因此，研究开发对人体友好型无探奥氏体不锈钢，成为当前金属生物材料研发领域的一个热点。1.4.1氮的溶解度氮具有强烈的稳定奥氏体的作用,是非常合适的代银元素O但是氮在纯铁液中的溶解度低.只ff0.044wt%,在周态也很低.这成为限制高氮钢生产的一个最大障碍。许多人员对高氮钢的热力学、动力学、氮的溶解度、高氮钢的凝固过程等方面进行了大虽

2、研究•发现在低的乐力和氮浓度厂氮的溶解度遵循術华特定律，但是、含氮虽较高时，溶解结构中的氮原子密集分布引起的活度系数必须考虑，此时溶液不再服从冋华特定律［妙叫。通过合理设计合金成分和加压熔炼，可以提高氮的溶解度。例如，F亡ichtmger等人网研究发现，铅可以提高氮在铁基合金中的溶解度，当铁液凝固形成5铁素体时，氮的溶解度降到远低于平衡值的水平。但是在周溶态.进一步降低温度会转变成奧氏体，可以大幅度提高氮的溶解度°Rawers等人呵在研究氮溶解度打成分及氮气分压的关系时发现，随着氮的分压提高.氮的溶解度提高.当锯和猛星高时•有助于获得较高的氮含星。研究表

3、明，Cr.Mn.Mo.\Nb等元索可促进氮的溶解，ifuNi、Cu、Si.C等元索则降低其溶解度，见图1・4。20合金含量，wt%图1-4合金元素对氮在铁中溶解度的影响(1600rr101JKPa)p4]Fig.1-4Theeffectsofalloyelementsonthesolubilityofnitrogeniniron但是.通过调整合金成分対氮溶解度的影响毕竟仃限。因此.II前具仃工业化前景的途栓上要还是采収合适的工艺路线以及选择适卅的氮载体。1.4.2高氮无探奧氏体不锈钢的制备于段髙氮钢生产的关键问题是提高钢中氮的溶解度.防止冷凝过程中钢内

4、氮的逸岀,保证氮在钢中均匀分布。为此，人们研究并开发了许炙制备方法.大致可分为氮气加压熔炼法和粉末冶金法两类。(1)氮气加压熔炼法该类方法是在金属液血卜•建立高床氮气氛來获得高的含氮址，fl1988年以来受到了国际冶金界的高度靈视.徳国、保加利亚、乌克兰、奥地利和日木等均研制出了各口的加压冶炼设备,极大地推动了高氮钢加压冶炼技术的发展。目前已开发的加压熔炼技术主要仃加床感应熔炼法(PIM)、加床等离子熔炼法(PARP)、加Ik电渣朿熔法(PESR)、加压电弧诜重熔法(ASRP)、大熔池法(BSB)和热等静斥熔炼法(HIP)等1951DK中•加压等离『•熔

5、炼法、加压电渣重熔法和加压电弧渣重熔法是最常见的加!E熔炼技术.采用組气加JE熔炼法可以生产岀含氮5在1wt%以上的高氮钢㈣・但缺点是在不同程度上存在着设备复杂、髙压气体危险、工艺控制困难和生产成本高等问题。（2）粉末冶金法利用粉末冶金技术生产高氮钢，可以通过非平衡方法获得过饱和的含氮固溶体和细小沉淀相.提高材料的性能,可以直接制备出复杂形状的零件而无需后续机加工•其成本比⑷h熔炼汰低旳111.，II内外采1；1粉木冶金汰—氮不锈钢i浚仃以卜儿种方式阿：通过种途径先制紂周氮不锈钢粉末，然后用模JE烧结、粉末锻轧等传统粉末冶金成形技术加工成髙氮不锈钢产品:

6、将不含紅的不锈钢粉末用注射成形等方式加工成坯后，在烧结过用中进行氮化处理:将制备高氮不锈钢粉末和后续烧结工艺中进彳了吸氮处理二者相结合制备高氮不锈钢。1.4.3高氮无探不锈钢的性能（1）力学性能传统含探奧氏体不锈钢在尚溶处理条件卜尿于低强度材料.常常通过冷加工來强化。相比Z下，高氮无探奥氏体不锈钢在宅温I古I溶态的抗拉强度和刨服强度显苦提高，并且韧型性仍保持在较高的水平阳】。Speidel™研究了高氮不锈钢的强度.塑性等力学性能与晶粒尺寸、氮含园的关系，发现高氮不锈钢的Hall-Patch关系式Ky系数提高了3倍。由于高氮不锈钢的K?系数提高，品粒尺寸的

7、作用增儿便高氮臾氏体不锈钢的强度人人提高。髙氮奥氏休不锈钢在进行冷加工后，形变强化效果突出，且加工磧化能力师氮含虽的升高而迅速増大［1011oin18Cr-18Mn-1.07N不锈钢进行40%的冷变形时•其屈服强度从700MPa提髙到ISOOMPa以上.提高了157%。另外值得提出的是.髙氮臾氏体不锈钢在形变过程中不易诱发马氏体，有利于保证其没有磁性［1021O但是.氮对奥氏体不锈钢的低温韧性仃不利影响.使材料在较低温度卞出现脆断［1031O另外，在热加工和热处理的过程中，如果控制不当还会导致钢中氮化物的析出，破坏材料的力学性能和耐腐蚀性能因此.对高氮奥

8、氏体不锈钢的力学行为的研兀，尤其对氮作用机理的研究仍是髙氮钢研究的重要课题O（2