據統計,世界鎳產量中每年約有60%用于生產不(bu)銹鋼。鎳是比較稀缺且價格昂貴的元素,特別是在戰爭期間,由于鎳也是戰略物資,因此鎳的供應更為緊張;而在和平時期,不銹鋼的成本和售價也常隨鎳價的漲跌而波動。因此,節約鋼中的鎳一直是不銹鋼發展中的重要研究方向。
錳(meng)(meng)和氮(dan)均為奧氏(shi)體形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)元素,特別是氮(dan),其在鋼中(zhong)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)奧氏(shi)體的能(neng)力(li)約為鎳(nie)的30倍。錳(meng)(meng)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)奧氏(shi)體的能(neng)力(li)雖(sui)然較弱,僅為鎳(nie)的二分之一,但錳(meng)(meng)穩定奧氏(shi)體的能(neng)力(li)很強(qiang),而且還能(neng)顯著(zhu)提高氮(dan)在鋼中(zhong)的溶解(jie)度,從而可提高氮(dan)向鋼中(zhong)的加入量,所以為獲得奧氏(shi)體組織(zhi),以錳(meng)(meng)、氮(dan)相結合(he)(he)代鎳(nie)曾是最(zui)佳匹配,成(cheng)(cheng)為早期既能(neng)獲得奧氏(shi)體組織(zhi)又能(neng)節(jie)約鉻鎳(nie)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼中(zhong)鎳(nie)的主要合(he)(he)金化措施(shi)。
自20世紀30年代起,德、美諸國便開始了以錳、氮代鎳的鉻錳奧氏體不(bu)銹鋼的研究,至20世紀40年代便取得成效,開發出了以代替18-8(304)等鉻鎳奧氏體不銹鋼為主要目標的鉻錳(氮)系(AISI 200系)奧氏體不銹鋼。這也是唯一一類專為節鎳而研制的鋼類。
但(dan)是經過近(jin)半(ban)個世紀的(de)(de)進一步研究和實踐表明,錳(meng)、氮復合雖然(ran)可以(yi)(yi)從組織(形成奧(ao)氏體(ti))中代(dai)鎳(nie),但(dan)并不能(neng)從耐蝕性等性能(neng)上完(wan)全代(dai)鎳(nie),加之錳(meng)對不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)耐蝕性的(de)(de)有(you)害作用。因(yin)此一般認(ren)為,已有(you)的(de)(de)以(yi)(yi)錳(meng)、氮代(dai)鎳(nie)的(de)(de)一些(xie)鉻錳(meng)奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)牌(pai)號(例如AISI 200系鋼(gang)(gang))與(yu)其(qi)所(suo)希望代(dai)替的(de)(de)鉻鎳(nie)奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)[例如18-8(304)等]相(xiang)(xiang)比,雖然(ran)它們均為具有(you)面心立方結(jie)構的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)組織,但(dan)在性能(neng)上二者卻有(you)很(hen)大(da)的(de)(de)不同,前者是一類雖然(ran)強度高,但(dan)耐蝕性、成型性和焊后性能(neng)等均相(xiang)(xiang)對較低的(de)(de)一類不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)。
自1970年(nian)起,以VOD、AOD爐外精(jing)煉等為(wei)代表(biao)的(de)(de)(de)現(xian)代不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)冶金、加工技術的(de)(de)(de)發展和(he)廣泛應用(yong)(yong),無鎳(nie)(nie)(nie)(nie)、低鎳(nie)(nie)(nie)(nie)的(de)(de)(de)現(xian)代鐵素體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)和(he)少鎳(nie)(nie)(nie)(nie)、低鎳(nie)(nie)(nie)(nie)(1%~4% Ni)的(de)(de)(de)現(xian)代雙相不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)迅速發展對(dui)AISI 200系不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)生產和(he)應用(yong)(yong)形成了巨大挑(tiao)戰(zhan),而(er)且已(yi)逐漸成為(wei)節(jie)鎳(nie)(nie)(nie)(nie)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)發展的(de)(de)(de)主流和(he)方向。但(dan)是由(you)于鉻(ge)鎳(nie)(nie)(nie)(nie)奧氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)優良綜合性能(neng)的(de)(de)(de)全面(mian)性和(he)適用(yong)(yong)范圍(wei)的(de)(de)(de)廣泛性,目前已(yi)有(you)(you)的(de)(de)(de)各類節(jie)鎳(nie)(nie)(nie)(nie)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)雖有(you)(you)其性能(neng)的(de)(de)(de)特點(dian)但(dan)也有(you)(you)其綜合性能(neng)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)全面(mian)(局限)性。因(yin)此,它們僅能(neng)在其特性的(de)(de)(de)適用(yong)(yong)范圍(wei)內代替部(bu)分(fen)鉻(ge)鎳(nie)(nie)(nie)(nie)奧氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),而(er)節(jie)鎳(nie)(nie)(nie)(nie)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)要全面(mian),甚至(zhi)全部(bu)代替鉻(ge)鎳(nie)(nie)(nie)(nie)奧氏體(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)則是不(bu)(bu)(bu)(bu)可能(neng)的(de)(de)(de)。
近來,由于向鋼中加(jia)入高氮(dan)(dan)量的(de)工藝、技術(shu)、裝備(bei)的(de)進步(bu),國(guo)內(nei)(nei)外不(bu)僅在大力開發高氮(dan)(dan)高強(qiang)度和超高強(qiang)度的(de)鉻錳奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼,而(er)且對不(bu)加(jia)錳僅借(jie)向鋼中加(jia)入氮(dan)(dan)而(er)開發的(de)無(wu)錳、低(di)鎳、高氮(dan)(dan)和無(wu)錳、無(wu)鎳、高氮(dan)(dan)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼的(de)研(yan)究取得了令(ling)人注(zhu)目(mu)的(de)進展,引(yin)起了國(guo)內(nei)(nei)外日益廣泛(fan)的(de)關注(zhu)。