1 錳對奧氏體不銹鋼的影響

在鉻鎳奧氏體不銹鋼中，錳含量一般規(guī)定不超過2%，正常生產(chǎn)中多控制在1.5%左右。而在近期發(fā)展的高氮奧氏體不銹鋼中，為了提高氮的溶解度，目前出現(xiàn)高錳含量（5%—10%）的鉻鎳奧氏體不銹鋼。在節(jié)鎳奧氏體不銹鋼中，錳是非常重要的合金元素，其主要作用是與氮、鎳等強(qiáng)烈形成奧氏體的元素復(fù)合加入到鋼中，以節(jié)約奧氏體不銹鋼中的鎳。

（1）錳對組織的影響

錳是比較弱的奧氏體形成元素，但具有強(qiáng)烈的穩(wěn)定奧氏體的作用。當(dāng)鋼中鉻含量大于14%—15%時，為了節(jié)約鎳，僅靠加入錳是無法獲得單一奧氏體組織的。由于不銹鋼中鉻含量必須大于17%才能有比較滿意的耐蝕性，因此目前工業(yè)上已應(yīng)用并納入標(biāo)準(zhǔn)的錳代鎳奧氏體不銹鋼主要是Cr-Mn-Ni-N型鋼，如1Cr17Mn6Ni5N和1Cr18Mn8Ni5N等。

研究表明：鋼種錳含量小于2%時，錳含量的變化對常用鉻鎳奧氏體不銹鋼的組織（包括奧氏體的穩(wěn)定性）沒有明顯影響。

（2）錳對性能的影響

鉻鎳奧氏體不銹鋼中，隨著錳含量增加強(qiáng)度提高，在無鎳的Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼中低溫下會出現(xiàn)韌性—脆性轉(zhuǎn)變。這些與鉻鎳奧氏體不銹鋼有極大的不同。當(dāng)Cr-Mn-N鋼中有鎳存在時，其低溫韌性可獲得明顯改善。這說明，僅有錳和氮無鎳的奧氏體不銹鋼（鉻錳氮鋼）無法獲得鉻鎳奧氏體不銹鋼那樣優(yōu)良的低溫韌性。

錳在鉻鎳奧氏體不銹鋼中的作用除脫氧外，一是希望它能穩(wěn)定奧氏體；二是能改善鋼的熱塑性，三是借助錳和硫的較強(qiáng)親和力形成硫化錳，既有利于鋼中硫的去處，又有利于消除鋼中殘余硫的有害作用。但是進(jìn)一步的研究表明，錳在鋼中的存在，正是由于硫化錳的形成，常導(dǎo)致鉻鎳奧氏體不銹鋼耐氯化物點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕的能力下降。國內(nèi)在一系列研究工作的基礎(chǔ)上，一些特殊鋼廠已把18Cr-8Ni型奧氏體不銹鋼中的錳含量降到了1.0%以下，實際控制在0.5%左右。這樣不僅節(jié)約了鋼中的錳，而且降低了鋼中硫化錳含量，提高了鋼的耐點(diǎn)蝕能力。

研究表明，向鉻鎳奧氏體不銹鋼中加入2%以上的錳，除對于一些焊接材料（焊絲、焊帶等）是為了提高焊縫的抗熱烈傾向外（一般加入3%—7%錳），對其耐蝕性并沒有什么有益影響，在某些條件下甚至是有害的。

至于以錳代鎳的節(jié)鎳和無鎳奧氏體不銹鋼，其耐蝕性主要取決于鋼中的鉻、鎳、鉬和氮等元素的含量，而錳作用甚微，這是由錳本身的耐蝕特性所決定的。目前出現(xiàn)了向高Cr-Ni-Mo奧氏體不銹鋼中加入3%—10%錳以提高氮在鋼中的溶解度（常壓下氮量可達(dá)0.5%），從而使此類鋼在高Cr（20%—25%），高M(jìn)o（5%—8%）條件下仍具有單一的奧氏體組織并抑制有害鉻氮化物的析出，且耐蝕性可達(dá)到甚至超過一些高鎳耐蝕合金的水平。此類鋼的出現(xiàn)填補(bǔ)了長期以來不銹鋼與高鎳耐蝕合金之間缺少高耐蝕性、高牌號的高鉻鉬不銹鋼的空白。代表性牌號有00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN0.5（654SMo）

2 錳對奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼的影響

在Cr-Ni奧氏體不銹鋼中，鋼中錳量降低（＜2%以后），鋼的耐蝕性能提高。研究錳＞2%時，對0Cr25Ni5Mo3雙相不銹鋼的組織和性能的影響，但當(dāng)鋼中錳量達(dá)約8%時，也沒有觀察到鋼中γ相量有任何變化。Mn對鋼的強(qiáng)度，塑性也沒有明顯的影響，僅當(dāng)Mn≥5%后，鋼的硬度有所提高，這與鋼中σ相及其它析出相的存在有關(guān)；在750-950℃時效，Mn有強(qiáng)烈促進(jìn)σ相形成的作用并顯著降低鋼的韌性；隨鋼中錳量增加，其耐點(diǎn)蝕性能下降，這些性能的下降與MnS的形成或σ相析出，鉻的貧化有關(guān)。

為了使Cr-Mn-N（-Ni）系不銹鋼獲得純奧氏體組織，一般需要更高的Mn，Ni，N等元素的含量。而獲得α+γ雙相組織結(jié)構(gòu)，則所需的Mn，Ni，N元素的含量相對較少，鋼的成本也相對較低，同時，還可具有α+γ雙相不銹鋼的一些特性。這也是Mn在雙相不銹鋼中的重要作用。

3 鉻錳不銹鋼的發(fā)展前景

鉻錳不銹鋼是一種比較適合現(xiàn)階段中國國情的廉價經(jīng)濟(jì)型不銹鋼,它節(jié)鎳、經(jīng)濟(jì)、性價比高、質(zhì)量也不錯。如牌號1Cr17Mn6Ni5N 含Mn5.50 % ～ 7.50 %、Ni3.50 %～ 5.50 % , 1Cr18Mn8Ni5N 含Mn7.50 %～10.00 %、Ni4.00 %～6.00 %。鉻錳不銹鋼主要用于消費(fèi)品領(lǐng)域,比目前大量使用的鉻鎳不銹鋼節(jié)鎳3 %～5 % ,在當(dāng)前鎳價情況下,節(jié)約成本30 %左右,故其價格較低,更受歡迎,質(zhì)量和功能也能滿足一般的使用要求,幾乎所有的一般食品器皿、櫥衛(wèi)設(shè)備及用具、建筑裝潢裝飾等制品、消費(fèi)品領(lǐng)域都可使用。在弱介質(zhì)腐蝕條件下可以部分替代鉻鎳不銹鋼,如201 、202 分別替代301 、302 , 204Cu 和211 替代304 ;在無腐蝕或弱腐蝕條件下,在裝飾、城建等重點(diǎn)使用其美觀功能的應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛。而且隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們生活水平的提高和巨大農(nóng)村市場的開拓,其應(yīng)用領(lǐng)域和消費(fèi)量還會進(jìn)一步增加。

Cr-Ni-Mn-N奧氏體不銹鋼是20世紀(jì)三四十年代開始廣泛研究的不銹鋼種類。其初的目的主要是將奧氏體形成元素N、Mn加入鋼中，以替代貴重金屬Ni，從而節(jié)約資源，解決Ni資源匱乏的問題。隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，到20世紀(jì)六七十年代，加壓冶金技術(shù)的出現(xiàn)，使得常壓下在鋼中溶解度很小的N能更多地加入鋼中，目前已可以加到2.3％。N加入的主要作用一是顯著提升鋼的力學(xué)性能，二是明顯增加鋼耐局部腐蝕的能力。

和Cr-Ni奧氏體不銹鋼相比，Cr-Ni-Mn-N奧氏體不銹鋼大的區(qū)別是大量地加入了臺金元素Mn、N，從而帶來了一系列的性能變化。N在不銹鋼中的加入，之所以引起人們極大的關(guān)注，主要跟其在不銹鋼中的作用緊密相關(guān)。研究表明，N是非常強(qiáng)烈地形成并穩(wěn)定輿氏體且擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素。據(jù)估算，1kgN相當(dāng)于6～22kgNi。有關(guān)這方面的報道很多，人們提出了許多鎳當(dāng)量的計算公式。在鎳當(dāng)量的計算公式中，Simmons等人提出的較為精確：

Nieq =Ni+0.12Mn-0.0086Mn2+30C+18N+0.44Cu

從中可以看出，N對不銹鋼基體組織的影響是相當(dāng)強(qiáng)烈的。N的這種作用使其在不銹鋼中可以代替部分Ni，降低鋼中的鐵素體含量．可以使奧氏體更穩(wěn)定，防止有害金屬間相的析出，甚至在冷加工條件下可避免出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變。

N對不銹鋼力學(xué)性能的影響，突出表現(xiàn)為：N在顯著提高不銹鋼強(qiáng)度的同時，并不降低材料的塑韌性，這為研究高強(qiáng)高韌鋼提供了途徑。工業(yè)用鋼表明，N的加入，使不銹鋼的強(qiáng)度比不含N的鋼提高2～3倍。此外，N也提高不銹鋼的抗蠕變、疲勞、磨損能力。N提高屈服強(qiáng)度主要有四個途徑：固溶強(qiáng)化；晶粒尺寸效應(yīng)；形變硬化；沉淀硬化。N對不銹鋼耐蝕性能的有益作用表現(xiàn)在耐晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕。N對晶間腐蝕的影響比較復(fù)雜，一般認(rèn)為，N含量在0.16％以下，對耐晶間腐蝕有益。N對晶間腐蝕的作用機(jī)理主要有：N延緩富Cr碳化物的形核和長大過程；降低Cr在鋼中的活性；形成氯化鉻沉淀，減少Cr的析出。相比之下，N對點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕的有益作用更為明顯。Wirksumme點(diǎn)蝕當(dāng)量公式很好地表述了氮在這方面的良好作用：

PRE=％Cr+3.3％Mo+16％N

Grabke報道了氮對臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT)和臨界縫隙腐蝕溫度(CCT)的影響：

CPT(℃)=2.5％Cr+76％Mo+31.9％N-41

CCT(℃)=3.2％Cr+76％Mo十10.5％N-81

為了提高N的溶解度，Mn元素被大量加入。在節(jié)鎳奧氏體不銹鋼中，Mn是非常重要的合金元素，其主要作用是與強(qiáng)烈形成奧氏體的元素N復(fù)合加入到鋼中，以節(jié)約奧氏體不銹鋼中的Ni。Mn是比較弱的奧氏體形成元素，但具有強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體的作用。Cr-Ni奧氏體不銹鋼中，隨著Mn含量增加強(qiáng)度提高。在無Ni的Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼中低溫下會出現(xiàn)韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。

以Mn、N代Ni的節(jié)Ni和無Ni奧氏體不銹鋼，其耐蝕性主要取決于鋼的Cr、Ni、Mo、N等元素的含量，而Mn的作用甚微。目前研制成熟的鋼種主要有200系列以及Armco公司的Nitronic系列。還有一些鋼種也在廣泛研究中。

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