高氮奥氏体不锈钢的力学性能与切削性能

张军 何超

匠；乃房屋栋梁之柱，乃锤炼钢铁之焰，琢木成器之刀。由此可见，工匠由古至今都是我国文化之基石，发家兴国之前提，更是中国上下五千年发展的根本。古有四大发明；造纸术，印刷术，指南针，火药。更有诸葛亮的诸葛连弩，鲁班的鲁班锁，庖丁解牛技精而近乎道，，，等等不尽期数。这些都是我们古代先人前辈们的工匠精神不断创新不断专研，精雕细琢的最好证明。

而如今已是全新的时代，二十一世纪一个全世界共同发展世界共同进步的时代，更是我们中华民族实现伟大复习的重要时代，我们以史为鉴，以工匠精神为信仰，以实现中华民族伟大复兴为目标的宗旨下不断的探索 ，发展，创新。为的是我们中华民族的历史不负前辈古人的匠心，不负中华人民的期望，踏着工匠精神的道路砥砺前行，即使道路铺满了荆棘与坚石，我们都义无反顾的永远向前，誓要为中国历史长河里添上浓墨重彩的一笔。

二十一世纪，已经是一个跨世纪的时代，从蒸汽时代发生了质的飞跃。现在无非是三大支柱在推动社会发展，能源（包括现在很推崇的清洁能源，新型能源等），信息（信息化时代大数据已是必不可少的）第三则是材料。社会要发展，首先设备要更新，要有更高的水准更好的精度才能制造出更精密更先进的产品，国家才得以发展，时代才得以跟进。

然而，再精密再先进的机器设备都离不开好的材料，优秀的力学性能。正如千米高楼始于地基一偶，万里长城始于一砖一瓦。如是地基都不够牢固，开头不足又怎么行万里路驶万里船呢？所以要发展制造不光要有好的工艺好的工匠，更要有好的材料，才是给发展打下了良好并且坚固的地基。我们才得以更上一层楼，拨开云雾见青天，发展到一个更好的高度上去。

材料又主要分为几大类分别是，金属材料，无机非金属材料有机高分子材料和复合材料等。这其中金属材料又是人类历史上系统研究并且运用最久的材料，更是中国历史的几千年的见证。从农耕时期耕田用的锄头到恢弘霸气的青铜鼎再到闪闪发光的太阳神鸟。无不体现了金属材料是我国人民生活发展的重要角色，更是体现了古人们的智慧对坚硬的金属材料的驯服。

而今天我要说的则是现在发展中必不可少的一种新型材料，也许也算不上新型了，因为现代社会的发展是一日千里，让人望尘莫及的。但是却是我们使用非常普遍并且性能优良的材料，那就是“高氮奥氏体不锈钢”。说“高氮奥氏体不锈钢”难免会让人有些生疏或者许多人更本就没听说过，让人一种故弄玄虚的感觉。然而我想说非也。”高氮奥氏体不锈钢“在机械行业已经屡见不鲜了，使用也是相当频繁。但是还是从不锈钢这个大家喜闻乐见并且熟知的东西说起吧。

首先说不锈钢的来由，在二十世纪初，冶金学家基于对铬在钢中的化学变化，与深入理解，发明了不锈钢，结束了钢必然生锈的时代。从而让人类的金属运用达到了一个新高度。

不锈钢是不休钢和耐腐蚀耐酸钢的简称。在冶金学和材料科学领域中，依据钢的主要特性，将铬含量大于10.5%，以达到不锈，耐腐蚀耐酸的特性并且以不锈，耐腐蚀和耐酸为主要使用性能特征的铁基合金称为不锈钢。

在当今社会不锈钢的使用相当广泛并且与我们的生活密切相关。大到被称为的工业之花的飞机发动机，还有中国引以为傲的中国高铁，核电站等等。小到我们日常生活，吃喝拉撒的锅碗瓢盆，都是不锈刚的踪影，他们的用处不同，性能不同要求不同，但是万变不离其中，皆是不锈钢。也由此可见不锈钢的种类繁多，使用之广泛。不锈钢按功能特点分类可分为以下几类；低温不锈钢，无磁不锈钢，易切削不锈钢，和超塑形不锈钢等。但是目前最常用的分类方法是按照材料的组织结构特点按照化学成分特点以及两者结合来分类。例如，马氏体不锈钢，铁素体不锈钢，奥氏体不锈钢，双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢等五大类

而与我今天论的“高碳奥氏体不锈钢“有关的则是奥氏体不锈钢。首先来说说奥氏体不锈钢的结构及应用。奥氏体不锈钢是面心立方结构，主要种类有304.321.316.在正常的热处理条件下，钢的基体组织为奥氏体，在不恰当的热处理或不同。在受热状态下，在奥氏体中可能存在少量的碳化物以及铁素体组织。奥氏体不锈钢不能通过热处理方法改变它的力学性能，只能采用冷变形。也可通过加入钼，铜，硅等合金元素得到适用的使用要求以及要求的力学性能（文档借鉴于《不锈钢基础知识》）。

奥氏体不锈钢由于其良好的力学性能和优秀的加工性能，在我们生活中普遍存在。如我们平时使用的奥氏体不锈钢保温杯，不锈钢汤匙和盆子等等。但是由于奥氏体不锈钢的强度不高使用也是受限。也由于加入的合金元素不同比例不同，其性能也是不同，所以又分为优质奥氏体不锈钢和普通奥氏体不锈钢等。其价格当然也是相差甚远。

我第一次了解到奥氏体不锈钢是在好几年前的小米四的发布会上，不得不说小米确实是我们国产品牌的骄傲，敢于创新发展自主品牌并且深入研究。但是这里我必须要说下的是当初被雷军美其名曰”一块钢板的艺术“的小米四手机所使用的奥氏体不锈钢304，正是奥氏体不锈钢最常见的一种类型，并没有雷军所说的那样神乎其神，也算是抓住了公众们对这样的专业术语的不了解，从而可以说是在故弄玄虚了。但是也不全是其然，这也充分的说明了奥氏体不锈钢的材料力学性能优秀，与使用方便的道理。从而被小米公司选择为重点宣传的目标与方向。有选择便有市场，有市场便证明其的价值所在，毕竟这是一个优胜劣汰，适者生存的市场。

接下来则是说说本文的中心与研究对象了“高氮奥氏体不锈钢”，牌号1Mn15Cr17Ni2N。此材料主要采用25T E AF 2VOD+LF 2680kg铸锭工艺冶炼0.14%C，20.35%N的奥氏体不锈钢，由牌号可知2N表明含氮元素20%，由此可见这是一个高氮，高锰，高铬的节镍型奥氏体不锈钢。

在金属热处理和冶炼中加入合金元素，主要是为了提升钢的力学性能，增加耐腐蚀性耐酸型抗氧化性，改善切削性能等等，，，

在材料中加入锰，也是钢材冶炼的只要添加元素，具有细化组织，提升钢材的作用其和铁形成固溶体，从而提升钢中铁素体和奥氏体的强度，时又是碳化物的形成元素进入渗碳体中替换一部分铁原子。另外Mn还能很好的稳定奥氏体的晶相组织，从而显著的提升材料的淬透性，和提升表面质量。然而Cr（铬）元素在合金中又能生成纯化膜，有效提高耐腐蚀的性能，N能显著提升奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，N和鉬（Mo）显著的提高耐腐蚀的性.。Ni元素又能扩大奥氏体，提高抗磨蚀性，高温任性提高改善其机械性能。

综上所述我们列举了高氮奥氏体不锈钢中主要成分的金属元素对金属的性能改善以及效果。众所周知，奥氏体不锈钢以优良的力学性能和良好的切削性能出名，可是我们的高氮奥氏体不锈钢却截然不同。由于在奥氏体不锈钢的基础上大大的增加的氮元素和Ni元素的含量，使得其表面的抗磨损能力和强度耐磨性硬度都大大的增加。从而使得高氮奥氏体不锈钢并没有奥氏体不锈钢那样的优良的切削性能。

参考文献：

[1]石锋， 崔文芳， 王立军，等. 高氮奥氏体不锈钢研究进展[J]. 上海金属， 2006， 28（5）：45-50.

[2]袁军平， 李卫， 陈绍兴，等. 高氮无镍奥氏体不锈钢的研究与发展[J]. 铸造， 2012， 61（11）：1308-1312.