兼備強度，耐蝕性和耐熱性的高氮奧氏體不鏽鋼[DSN9]，兼備強度，耐蝕性和耐熱性的高氮奧氏體不鏽鋼[DSN9]

前言氮元素由於固溶強化，不僅可進步不鏽鋼的強渡，而且能改善其耐蝕性。氮還是一種高效奧氏體天生元素，常被用來替換昂貴的鎳。近年來，利用可添加更多氮的加壓熔化工藝生產的高氮不鏽鋼方麵的研究也引發了人們的諦視。另外，氮對鋼耐熱性的功效，特別是氮有益於改善鋼的蠕變強度 ，也有不少報告發表。為了最大限度地利用氮的功效，在維持相平衡的同時，添加普通大氣壓熔化工藝容許的氮含量 ，我們成功地開發出兼備優良耐蝕性和強度的高氮奧氏體不鏽鋼廠[DSN9]。而且據確認，由於固溶強化、加工硬化和析出強化的協同效果，耐熱性和耐永久變形性能也非常好。經證實，利用該材料生產的汽車排氣密封墊可確保氣封性能，在比傳統材料SUS301-EH的工作極限溫度高200℃的600℃下仍很穩定，現已實用於批量生產的發動機。 2合金設計本開發鋼[DSN9]有效地利用了氮的功效 ，其特點是，可用普通不鏽鋼生產工藝一大氣壓熔化工藝生產，不需要加壓、再熔化等特殊熔化工藝。為了增加氮的添加量，首先應進步鋼水中的氮溶解度。而且凝固過程中Y相的氮溶解度應大於鋼水中的氮含量。表1為DSN9和參比鋼的化學成分。DSN9即使采用大氣壓熔化工藝，為了在控製送氮的同時，使氮添加量能達到0．5質量％，也力求Cr和Mn的添加精確可靠，以進步氮溶解度。DSN9基於ThermoCal c(熱力計算)的計算體係中，奧氏體(Y)相的穩定性隨著氮的增加而進步 ，同時有損於耐蝕性的Cr2N相的穩定性也有所進步，但對於含有0．5質量％氮的DSN9來說，經過約1010℃的固溶處理，Cr2N會發生固溶 ，而且由於Y相穩定元素氮的感化，即使將SUS 31OS和SUH660所含的大量昂貴鎳減少到10質量％，Y單相也可以維持下來。另外，由於M0添加適量，耐蝕性和耐熱性均得到了改善。 3開發合金的各種性能 (1)拉伸特性與磁性 表1 DSN9和參比鋼的化學成分(質量％)

鋼種

C

Mn

Ni

Cr

Mo

N

Fe

其它

DSN9

0.02

6

10

23

2

0.5

餘量

添加物

SUS301

0.12

1

7

17

　--

0.02

餘量

　--

SUS304

0.06

1

8

18

　--

0.02

餘量

　--

SUS316

0.06

1

12

17

2.5

0.02

餘量

　--

SUS301S

0.06

1

20

25

-1

0.02

餘量

　--

SUH660

0.05

1.5

25

15

1.3

0.02

餘量

0.3V,2.2Ti,0.2Al

SUS836L

0.01

0.8

25

20

6.5

0.2

餘量

1.0Cu

Incone1625

0.05

0.2

餘量

21.5

9

0.02

2.5

3.6Nb,0.2Ti,0.2Al

DSN9竟可進行80％的冷加工，強度高於SUS304，80％冷加工時，不僅抗拉強度可達1800MPa擺布，而且斷裂伸長率能確保在等同於SUS304的水平。另外，SUS304隨著冷加工率的升高，其導磁率由於應變誘生馬氏體的形成而進步，但DSN9即便進行高達80％的強加工，由於維持穩定Y相，也能保持非磁性。 (2)耐蝕性 DSN9的臨界孔蝕發生溫度遠遠高於SUS304和SUS 316，且高於耐孔蝕性優越的二相不鏽鋼SUS329J1。再者，耐蝕性非常好，接近耐海水用超級不鏽鋼SUS836L。 (3)高溫拉伸性能 在固溶處理狀況 ，在SUH660的一般時效溫度700℃以下，DSN9的強度低於SUH660，但經過60％冷加工，高溫強度在全部溫度區都超過Y’強化型合金SUH660。 (4)冷加工試樣的時效特性 加工率在約40％以上時，出現時效硬化，時效硬化量隨著冷加工率的上升而增加。硬度的盡對值經過約60％以上的冷加工，開始超過Hv450擺布，再經過450~550℃的時效，硬度進步到Hv500~570。 在600℃以下全部發生時效硬化，特別在600℃加熱400h後硬度仍確保在Hv500擺布。而在650℃以上時，隨著時效溫度的升高而出現軟化，其硬度能長時間維持不變。從組織分析結果來看，氮的固溶強化、應變時效、微細Cr2N和a相析出等身分是時效硬化和高溫軟化時微細組織得以維持的有力啟事。 4在密封墊上的利用實例汽車排氣密封墊以往首要使用SUS301-EH，近年來，由於燃燒的改善和排氣係統的改進等身分，排氣密封墊溫度正在向高溫化方向發展，甚至超過SUS301-EH的工作極限溫度400℃。SUS301的冷軋試樣(SUS301-EH)在溫度超過400℃時其硬度急劇下降，作為排氣密封墊的密封性能無法得到保證。耐熱材料Ni基超合金Inconel 625固然在800℃四周尚能維持冷軋後的硬度 ，但其初期硬度隻有Hv3 50～400擺布，作為密封墊來說硬度不足 。與上述兩種材料不同的是，DSN9即使在600℃硬度也能確保Hv500擺布，SUS 301所發生的軟化開始溫度竟進步了200℃以上。用此材料生產密封墊並安裝於實際發動機運轉證實 ，在比傳統材料高200℃以上的600℃擺布，初期密封性能仍能得到維持。而且發動機耐久性試驗也證實 ，優越密封性能能夠得到保證。該材料現已實用於批量生產的發動機。 5今後的展看 本開發鋼廠[DSN9]不隻限於作為實用化實例所先容的汽車排氣密封墊所代表的耐熱用處，而且由於兼備優越的耐蝕性和強度，可與SUS8 36L媲美，在耐蝕部件上得到了實際利用。除此以外，該鋼冷加工後還能維持非磁性，今後也有看利用於非磁性場合。DSN9還可以供給條材、線材和帶材。 6專利 本開發鋼包括有關專利在內已申請7件，其中，成分專利和涉及此次先容的密封墊用處的專利，在日本國內已得到批準。