雖然氮的引入可顯著改善材料的性能,但并不是越高越好,而是存在著最佳含氮量。對(duì)奧氏體類鋼,最佳含氮量為0.8%~1.3%,當(dāng)考慮斷裂韌性時(shí),氮取下限值,當(dāng)考慮屈服強(qiáng)度時(shí),氮取上限值;對(duì)于馬氏體類鋼,最佳含氮量則是0.3%~0.5%;鐵素體類鋼應(yīng)大于0.08%。

近年來,高氮鋼的研究受到了國際冶金界的高度重視,世界各國也推出了一些牌號(hào)的高氮鋼鋼號(hào),但對(duì)氮在各類鋼中的作用行為、氮與其他合金元素的交互作用、對(duì)相變過程的影響等物理冶金方面的基本規(guī)律研究卻未有很大進(jìn)展,致使人們未能掌握氮在鋼中和其他合金元素之間的最佳配比及其對(duì)性能的作用規(guī)律。要使高氮鋼像其他鋼種一樣應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際,尚有許多問題亟待解決。

1.基礎(chǔ)理論研究

1)氮在液態(tài)鋼中的溶解度計(jì)算均借用相互作用參數(shù)修正Sievert定律。其實(shí),在高壓、高合金元素濃度下,稀溶液的相互作用參數(shù)可能不再適用了。而氮在凝固態(tài)、固態(tài)鋼中的固溶度模型尚未有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。2)Uggowitzer等人曾討論過氮在奧氏體鋼中的強(qiáng)化機(jī)制,認(rèn)為氮對(duì)屈服強(qiáng)度的影響由固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化和冷變形強(qiáng)化三部分組成,并給出了相應(yīng)的模型,但這些模型的正確性尚有待于進(jìn)一步證實(shí)。對(duì)于某種特定的高氮鋼,其微觀結(jié)構(gòu)不同,強(qiáng)化方式當(dāng)然也不同,應(yīng)深入研究。此外,氮在鐵基固溶體中的存在形式,氮對(duì)原子間的結(jié)合點(diǎn)陣缺陷和能量的影響以及含氮鐵合金液的熱力學(xué)性質(zhì)也尚需研究。3)氮在鋼中的熱穩(wěn)定性對(duì)高氮鋼在高溫場(chǎng)合的應(yīng)用和真空狀態(tài)下的應(yīng)用、焊接部位性能的變化等都有影響,目前對(duì)此也缺乏研究。

2.應(yīng)用研究

擴(kuò)大高氮鋼應(yīng)用,一方面要繼續(xù)尋求某些特殊的領(lǐng)域,在這些領(lǐng)域中采用的高氮鋼在總成本中所占比例很小,主要發(fā)揮高氮鋼的不可替代的作用,另一方面是改進(jìn)高氮鋼生產(chǎn)技術(shù)、降低成本以取代常用的鋼種。

1)目前已開發(fā)的各種氮合金化和熔煉方法在安全性、組織的均勻性和控制方面均存在著不同程度的困難。2)作為結(jié)構(gòu)材料,可焊接性關(guān)系到高氮鋼的應(yīng)用和推廣。高氮鋼中氮過飽和,若采用傳統(tǒng)的焊接方法,往往會(huì)引起氮?dú)馀菸龀龊秃附娱_裂。對(duì)幾種高氮鋼焊接性能的研究表明,只要采用合適的焊接工藝和方法,高氮鋼還是可以焊接的。高氮鋼的強(qiáng)化方式很多,不同的處理工藝相組合,獲得的材料性能當(dāng)然不同。有必要系統(tǒng)地研究高氮鋼的處理工藝和性能間的關(guān)系,以獲得最佳的材料性能。

3.新鋼種的開發(fā)

目前,高氮鋼的研究主要限于奧氏體鋼或鐵素體和馬氏體鋼。其實(shí),氮的作用遠(yuǎn)不止此,Frist在論述鋼中氮的有益作用時(shí)認(rèn)為,氮對(duì)HSLA鋼、珠光體鋼和雙相鋼等鋼種均有益。為此,可開發(fā)出許多新型的含氮鋼種。

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