鎳是形成和穩(wěn)定奧氏體的主要元素,但屬于較為稀缺和昂貴的金屬。為此發(fā)展了以錳、氮代鎳的不銹鋼。早在20年代末已開始了Fe-Cr-Mn系不銹鋼的研究。30年代鉻錳奧氏體不銹鋼已經(jīng)出現(xiàn),40年代開始小量生產(chǎn)。50年代一些國家(包括我國在內(nèi))開展了大量研究工作,美國的Cr-Mn-Ni-N系奧氏體不銹鋼于1955年列入標(biāo)準(zhǔn)(AISI 201,202)并推廣應(yīng)用。我國于1956年開始仿制。有關(guān)鉻錳奧氏體和雙相不銹鋼種部分情況已于雙相鋼中作了簡介,1959年開始列入標(biāo)準(zhǔn)(YB10-59)。


  鉻錳奧氏體不銹鋼,也稱為節(jié)鎳奧氏體不銹鋼。可分為無鎳和部分代鎳兩類。其奧氏體的形成和穩(wěn)定化,主要依靠錳和氮來代替鎳。


1. Cr-Mn和Cr-Mn-N系奧氏體不銹鋼


  在大于15%Cr的鉻錳鋼中,不能只用增加錳量的辦法來獲得單相(純)的奧氏體組織。并且錳使σ相區(qū)的邊界向含鉻量較低的方向移動,會引起脆性,其形成過程比鉻鎳鋼快得多。為了獲得室溫下純奧氏體組織,只有在鉻含量小于14~15%時,經(jīng)過1100~1150℃固溶水淬后才能實現(xiàn)。


  在Cr-Mn鋼的基礎(chǔ)上,加入0.25%以下的氮,即無鎳Cr-Mn-N鋼,也不能在鉻含量高于15%時獲得純奧氏體組織。除非將氮含量提高至0.35~0.45%以上,這往往在鑄錠中產(chǎn)生嚴(yán)重氣泡。(一般普通18-8不銹鋼的正常氮含量為0.03~0.06%,如在氬氧精煉時用部分氮代替氬氣,則可達(dá)0.06~0.09%N)。


 肖紀(jì)美等研究確定,在5~14%Mn的Cr-Mn-N鋼中,為在1150℃固溶處理溫度下獲得單相奧氏體組織所需要的C+N的最小含量與鋼中鉻含量的關(guān)系式為


    C+N=0.078(Cr-12.5)


   式中 C、N和Cr均表示相應(yīng)元素在鋼中的含量,%;



2. Cr-Mn-Ni和Cr-Mn-Ni-N系奧氏體不銹鋼


  當(dāng)鉻含量高于15%時,在Cr-Mn-N的基礎(chǔ)上,加入少量鎳,便可獲得純奧氏體組織(見圖1-2-7)。


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  可以看出,通常作為奧氏體形成元素的錳,當(dāng)鉻含量大于15%時,形成奧氏體的主要元素是氮和鎳,而錳的作用是增加氮在鋼中的溶解度和穩(wěn)定奧氏體(35]。


  此類鋼為純(單相)奧氏體組織時,無磁性。它具有較高的屈服強度和良好的深沖性能。添加銅可改善其冷變形性能。鉻錳奧氏體不銹鋼的耐蝕性主要取決于鉻含量。即使含17~18%Cr的鋼,在化學(xué)介質(zhì)中一般仍不如18-8鉻鎳鋼。但某些含鉬鋼在醋酸等有機酸或尿素介質(zhì)中具有較好的耐蝕性能。鉻錳奧氏體不銹鋼的主要缺點是存在敏化態(tài)晶間腐蝕。因熱處理不當(dāng)或經(jīng)焊接后,在某些介質(zhì)中會產(chǎn)生晶間腐蝕。因此,其推廣應(yīng)用受到一定的限制。采用超低碳,可以改善耐晶間腐蝕性能。鉻錳雙相不銹鋼比其奧氏體型鋼的耐晶間腐蝕性能優(yōu)良,但加工等生產(chǎn)工藝?yán)щy。比較成熟,應(yīng)用廣泛的典型鉻錳奧氏體不銹鋼是GB1Cr18Mn8Ni5N(相當(dāng)美國AISI202)鋼。