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。對奧氏體類鋼,最佳含氮量為0.8%~1.3%,當考慮斷裂韌性時,氮取下限值,當考慮屈服強度時,氮取上限值;對于馬氏體類鋼,最佳含氮量則是0.3%~0.5%;鐵素體類鋼應大于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的高氮鋼鋼號,但對氮在各類鋼中的作用行為、氮與其他合金元素的交互作用、對相變過程的影響等物理冶金方面的基本規律研究卻未有很大進展,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性能的作用規律。要使高氮鋼像其他鋼種一樣應用于生產實際,尚有許多問題亟待解決。

1.基礎理論研究

1)氮在液態鋼中的溶解度計算均借用相互作用參數修正Sievert定律。其實,在高壓、高合金元素濃度下,稀溶液的相互作用參數可能不再適用了。而氮在凝固態、固態鋼中的固溶度模型尚未有統一的認識。2)Uggowitzer等人曾討論過氮在奧氏體鋼中的強化機制,認為氮對屈服強度的影響由固溶強化、晶界強化和冷變形強化三部分組成,并給出了相應的模型,但這些模型的正確性尚有待于進一步證實。對于某種特定的高氮鋼,其微觀結構不同,強化方式當然也不同,應深入研究。此外,氮在鐵基固溶體中的存在形式,氮對原子間的結合點陣缺陷和能量的影響以及含氮鐵合金液的熱力學性質也尚需研究。3)氮在鋼中的熱穩定性對高氮鋼在高溫場合的應用和真空狀態下的應用、焊接部位性能的變化等都有影響,目前對此也缺乏研究。

2.應用研究

擴大高氮鋼應用,一方面要繼續尋求某些特殊的領域,在這些領域中采用的高氮鋼在總成本中所占比例很小,主要發揮高氮鋼的不可替代的作用,另一方面是改進高氮鋼生產技術、降低成本以取代常用的鋼種。

1)目前已開發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)作為結構材料,可焊接性關系到高氮鋼的應用和推廣。高氮鋼中氮過飽和,若采用傳統的焊接方法,往往會引起氮氣泡析出和焊接開裂。對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。高氮鋼的強化方式很多,不同的處理工藝相組合,獲得的材料性能當然不同。有必要系統地研究高氮鋼的處理工藝和性能間的關系,以獲得最佳的材料性能。

3.新鋼種的開發

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,氮的作用遠不止此,Frist在論述鋼中氮的有益作用時認為,氮對HSLA鋼、珠光體鋼和雙相鋼等鋼種均有益。為此,可開發出許多新型的含氮鋼種。

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