高氮钢和不锈钢--生产、性能与应用

前言
高氮钢属于钢和不锈钢的一个种类，对一般钢种而言，钢中的氮含量超过一定限度就认为是有害成分，而高氮钢却非如此。这类特殊材料由于其优异的力学性能及耐腐蚀、耐氧化、耐磨损性能，越来越广泛地应用于能源、化工、石化、化肥生产、石油天然气、采矿及交通运输领域。氮资源丰富而廉价，在奥氏体不锈钢中能替代昂贵的镍而保持奥氏体相的稳定性。在高强度低合金钢中，通常的氮含量是50mg/kg，而当氮含量达到150～200mg/kg时，却能很好地改善钢的力学性能。生产远高于平衡浓度氮含量的高氮钢的先进熔炼及重熔技术，如粉末冶金、表面改性技术等，都已经开发成功并工业化应用。过去十年中有关高氮钢的生产及应用的研究与工业试验，增加了人们对高氮钢的认识。1988年，有关人员认识到有必要举办一个有关该重要钢种的论坛，以讨论相关议题及交换相关信息，所以1988年在法国里尔召开了第一届高氮钢会议。接着于1990在德国亚琛、1993年在乌克兰基辅、1995年在日本京都、1998年在芬兰赫尔辛基和瑞典斯德哥尔摩召开了高氮钢会议。这些会议聚集了来自生产、研究、应用等各个领域的人士，讨论和交流与高氮钢有关的研究结果及技术信息。第六届高氮钢国际会议将在印度的Chennai召开，这也是第一次在南亚召开，显示了这一地区在世界材料领域的成果及重要地位。

国际高氮钢科学委员会批准由印度金属学会在印度Chennai举办第六届高氮钢国际会议是一件值得骄傲的事情。鉴于近年来印度钢铁行业及不锈钢的发展，在诸如高氮钢这样的特定领域组织这样的会议，有利于来自世界各地的科研工作者、技术人员及制造商与印度科研及工业界的交流。在印度，高氮钢必定会在对力学、腐蚀、磨损及氧化性能有更高要求的战略及核心领域具有更广泛的用途。高氮钢新的应用领域包括：高Ti、Zr、V、Nb、Cr、Mo含量的耐高温合金，驱动装置中纳米结构的高氮钢以及高氮钢与陶瓷的复合材料，形状记忆合金，无排斥反应的外科材料（如人工心脏、人工关节等），基于氮扩散形成化学梯度的梯度材料及恒应力材料，耐磨包覆层，绝热包覆层，氮化物与高氮钢的连接技术，抗蠕变的氮化物弥散钢及合金，超塑性高氮钢以及晶粒为纳米尺度的高氮合金等。

这是一本关于“高氮钢和不锈钢（生产、性能及应用）”的专著，本书在这次会议期间正式出版具有很大意义。本书包括了高氮钢在世界范围内的生产、性能及应用等方面的资料，其十一章的内容由来自世界各地的专家和精英写成。各章分别介绍了高氮钢和高氮不锈钢在各研究课题上的重要内容以及在工业领域中开发新应用领域的可能性。

本书开篇内容为含氮钢的发展历程及其在工业领域的应用，由印度英·甘地原子能研究中心的Baldev Raj博士和UKamachi Mudali博士撰写。保加利亚的TsRashev教授撰写了与高氮钢生产相关的各种生产技术及其进展。印度国防冶金研究实验室的GBalachandran博士撰写了高氮钢生产的工艺过程、高氮钢的物理冶金及力学性能。粉末冶金是很有吸引力的固态法生产高氮钢的方法，各种粉末冶金工艺的评述与讨论的撰写由巴西的APTsciptschin教授承担。几种含氮奥氏体不锈钢的显微结构及热力学稳定性分析部分由Kalpakkam英·甘地原子能研究中心的MVijayalakshmi博士、PShankar博士及CSudha夫人完成。含氮不锈钢的腐蚀问题及其可能的机理分析讨论由Kalpakkam英·甘地原子能研究中心的UKamachi Mudali博士和SNingshen先生撰写。Kalpakkam英·甘地原子能研究中心的MDMathew博士和VSSrinivasan博士撰写了氮对奥氏体不锈钢各种力学性能的影响这一部分内容。这类新材料的焊接部分的撰写工作则由日本的YKikuchi教授和IWoo博士完成。瑞士的HSpeidel博士和MOSpeidel教授撰写了高氮高镍不锈钢的优异与实用的性能及其商用前景这部分内容。MOSpeidel教授还单独撰写了一章，这一章包括了具有多种优点的高氮钢正在增长的应用领域以及高氮钢生产技术的快速进步等内容。法国的JFoct教授撰写的章节则表明，即使在复合材料及陶瓷材料等先进材料应用的时代，高氮钢也具有广阔的应用前景。这些章节突出强调了高氮钢所具有的独特而优异的性能以及巨大的应用潜力，而这些是传统钢材及传统不锈钢所不具备的。

自从1988年第一次在法国里尔召开高氮钢会议以来，高氮钢在生产、性能、机理及应用等方面的研究都取得了很大进展，但迄今为止却没有出版一部像这样的由专家撰写，包括高氮钢的生产、性能及应用等丰富内容的专著。这部专著由在不同领域的多位专家撰写，涵盖内容丰富，更加突显了出版该专著的意义。

本书荟萃了多篇具有重要价值的文章，是一部不可多得的技术专著。与高氮钢生产相关的研究单位及图书馆将从本专著中获益匪浅，本书也将对工程工业领域的冶金专家、材料专家、经理人、执行官、工程师等有所裨益，对于学术界及研究机构，它也将对该领域开展新项目研究提供帮助。这部专著值得全世界的顶级图书馆收藏，也将在许多工程及战略领域开启一条高氮钢生产与应用的大道。

编者在此感谢高氮钢国际科学委员会及国际组织委员会、感谢印度金属学会（铁基材料及金属分会、印度金属学会Kalpakkam分会）对第六届国际高氮钢会议的指导与支持。特别感谢为该书撰稿的作者们。我们也感谢Kalpakkam英·甘地原子能研究中心的VSSrinivasan博士为该书的出版提供的合作。最后，感谢Narosa出版公司的职员，他们对该书的编辑和出版倾注了关心，也促成了与美国的ASM及欧洲的Alpha出版集团的合作，使这部高质量的著作能够合作出版。



UKamachi MudaliBaldev Raj

本书原著由印度Narosa出版公司出版，是有关高氮钢生产、性能以及应用方面的专著，由世界上高氮钢领域的著名专家共同编写，在钢铁行业内有极大的影响。
本书中译本由北京科技大学教授翻译。内容涉及对该领域的现状评述及对行业前景的展望。详细介绍了氮作为一种重要的合金元素大幅提高不锈钢性能的原理、氮含量对不锈钢性能的影响的一系列试验方法和试验数据以及高氮钢的生产技术和应用，对我国钢铁行业的技术人员有很大的参考价值。

本书适宜钢铁企业的科研人员以及相关专业的师生参考。

目录
1高氮合金钢的发展历史Baldev RajUKamachi Mudali
11高氮钢的发展历史
12高氮钢生产技术

13高氮钢的重要性能

14高氮钢的应用

15小结

参考文献

2高氮钢和高氮不锈钢生产TsRashev

21生产方法

211常规熔炼和合金化

212增压等离子重熔

213增压电渣重熔

22粉末冶金

23大熔池炼钢法

24生产高氮铁合金的炉子

25BSB方法的主要优点及缺点

26现代高氮钢生产的趋势

27增压冶金

28未来发展趋势——环境友好+低能量消耗

281生态方面

282劳动安全的改善

283相关能耗的降低

参考文献

3高氮不锈钢生产的发展GBalach

31氮在钢中的溶解度

32氮合金化动力学

33高氮钢的生产方法

331液态下氮合金化

332固态下氮合金化

34氮在奥氏体钢中的作用

341氮奥氏体钢合金设计原理

342氮奥氏体钢微观结构

35氮奥氏体钢的力学性能

36氮在马氏体不锈钢中的作用

37氮在铁素体不锈钢中的作用

38多相氮钢

39氮在镍基合金中的作用

310小结

参考文献

4高氮钢在粉末冶金方面的发展Andre Paulo Tschiptschin

41高氮钢的粉末冶金

411通过氮气氛下粉的氮化进行氮合金化

412粉末冶金工艺应用于高氮钢生产

413用NH3气体在流化床中进行氮合金化钢粉

414铁粉与高氮母合金混合进行氮合金化

415氮雾化粉

42机械合金化

43注射成形

431热压缩

432热挤压

433热等静压压制

434工艺方法对表面结构的影响

参考文献

5含氮不锈钢的微观结构及热力学稳定性

MVijayakshmi，PShankar，CSudha

51结构

52热时效作用

53奥氏体不锈钢及它们焊接件的析出行为

54含氮316LN奥氏体不锈钢的开发

55316LN型不锈钢热时效的影响

56二次相的结构

57高氮钢的应用

58小结

参考文献

6含氮不锈钢的腐蚀性能UKamachi Mudali and SNingshen

61不锈钢及含氮不锈钢的腐蚀钝化

62钼在不锈钢钝化中的作用

63氮在不锈钢钝化中的作用

64钼和氮的协同作用

65点腐蚀

651点蚀的机理

652钝化膜破裂

653蚀坑的形成及蚀坑的早期生长

654蚀坑的再钝化

66氮在不锈钢点蚀中的作用

661氨形成理论

662表面富集理论

663形成有抑制作用的硝酸盐

67缝隙腐蚀

671敏化和晶间腐蚀

672氮在晶间腐蚀中的作用机理

68应力腐蚀开裂

681氮合金化对应力腐蚀开裂的影响

682应力腐蚀开裂机理

69腐蚀疲劳

691奥氏体不锈钢的腐蚀疲劳

692双相不锈钢的腐蚀疲劳

610高温腐蚀

611小结

参考文献

7含氮钢的力学性能MDMathew1 and VSSrinivasan1

71氮的强化机理

711电子交换

712和晶格缺陷的相互作用

713和溶质原子的相互作用

714堆垛层错能

715沉淀析出

72力学性能

721蠕变

722低周疲劳

73氮对钢的力学性能的影响

731蠕变

732低周疲劳

733断裂韧性

734硬度

74小结

参考文献

8焊接IWoo and YKikuchi

81金属焊接的吸氮问题

811焊接参数对金属焊接吸氮的影响

812冶金因素对金属焊接吸氮的影响

82氮对不锈钢焊缝显微组织的影响

821凝固模式

822铁素体量

83焊接缺陷

831气孔

832焊接裂纹

84氮对奥氏体不锈钢焊缝腐蚀性能的影响

85氮对奥氏体不锈钢焊缝力学性能的影响

851拉伸性能

852冲击韧性

参考文献

9高氮高镍奥氏体不锈钢Hannes Speidel，Markus OSpeidel

91实验过程

92结果与讨论

93小结

参考文献

10应用Markus OSpeidel1

101显微组织和性能

102高氮不锈钢的强度和塑性

103耐磨性

104耐腐蚀性能

105发电机转子定位环——高氮钢的经典应用实例

106在建筑工业领域的应用

107在汽车制造业中的应用

108在牙科中的应用

109在化学工业及海洋工程上的应用

1010小结

参考文献

11含氮钢和含氮不锈钢的发展和应用前景JFoct

111影响高氮钢未来发展的全球性因素分析

112高氮钢的理论基础

113现状、前景及可能的应用

114小结

参考文献