高氮奧氏體不銹鋼的力學性能與切削性能

張軍 何超

匠；乃房屋棟梁之柱，乃錘煉鋼鐵之焰，琢木成器之刀。由此可見，工匠由古至今都是我國文化之基石，發家興國之前提，更是中國上下五千年發展的根本。古有四大發明；造紙術，印刷術，指南針，火藥。更有諸葛亮的諸葛連弩，魯班的魯班鎖，庖丁解牛技精而近乎道，，，等等不盡期數。這些都是我們古代先人前輩們的工匠精神不斷創新不斷專研，精雕細琢的最好證明。

而如今已是全新的時代，二十一世紀一個全世界共同發展世界共同進步的時代，更是我們中華民族實現偉大復習的重要時代，我們以史為鑒，以工匠精神為信仰，以實現中華民族偉大復興為目標的宗旨下不斷的探索 ，發展，創新。為的是我們中華民族的歷史不負前輩古人的匠心，不負中華人民的期望，踏著工匠精神的道路砥礪前行，即使道路鋪滿了荊棘與堅石，我們都義無反顧的永遠向前，誓要為中國歷史長河里添上濃墨重彩的一筆。

二十一世紀，已經是一個跨世紀的時代，從蒸汽時代發生了質的飛躍。現在無非是三大支柱在推動社會發展，能源（包括現在很推崇的清潔能源，新型能源等），信息（信息化時代大數據已是必不可少的）第三則是材料。社會要發展，首先設備要更新，要有更高的水準更好的精度才能制造出更精密更先進的產品，國家才得以發展，時代才得以跟進。

然而，再精密再先進的機器設備都離不開好的材料，優秀的力學性能。正如千米高樓始于地基一偶，萬里長城始于一磚一瓦。如是地基都不夠牢固，開頭不足又怎么行萬里路駛萬里船呢？所以要發展制造不光要有好的工藝好的工匠，更要有好的材料，才是給發展打下了良好并且堅固的地基。我們才得以更上一層樓，撥開云霧見青天，發展到一個更好的高度上去。

材料又主要分為幾大類分別是，金屬材料，無機非金屬材料有機高分子材料和復合材料等。這其中金屬材料又是人類歷史上系統研究并且運用最久的材料，更是中國歷史的幾千年的見證。從農耕時期耕田用的鋤頭到恢弘霸氣的青銅鼎再到閃閃發光的太陽神鳥。無不體現了金屬材料是我國人民生活發展的重要角色，更是體現了古人們的智慧對堅硬的金屬材料的馴服。

而今天我要說的則是現在發展中必不可少的一種新型材料，也許也算不上新型了，因為現代社會的發展是一日千里，讓人望塵莫及的。但是卻是我們使用非常普遍并且性能優良的材料，那就是“高氮奧氏體不銹鋼”。說“高氮奧氏體不銹鋼”難免會讓人有些生疏或者許多人更本就沒聽說過，讓人一種故弄玄虛的感覺。然而我想說非也。”高氮奧氏體不銹鋼“在機械行業已經屢見不鮮了，使用也是相當頻繁。但是還是從不銹鋼這個大家喜聞樂見并且熟知的東西說起吧。

首先說不銹鋼的來由，在二十世紀初，冶金學家基于對鉻在鋼中的化學變化，與深入理解，發明了不銹鋼，結束了鋼必然生銹的時代。從而讓人類的金屬運用達到了一個新高度。

不銹鋼是不休鋼和耐腐蝕耐酸鋼的簡稱。在冶金學和材料科學領域中，依據鋼的主要特性，將鉻含量大于10.5%，以達到不銹，耐腐蝕耐酸的特性并且以不銹，耐腐蝕和耐酸為主要使用性能特征的鐵基合金稱為不銹鋼。

在當今社會不銹鋼的使用相當廣泛并且與我們的生活密切相關。大到被稱為的工業之花的飛機發動機，還有中國引以為傲的中國高鐵，核電站等等。小到我們日常生活，吃喝拉撒的鍋碗瓢盆，都是不銹剛的蹤影，他們的用處不同，性能不同要求不同，但是萬變不離其中，皆是不銹鋼。也由此可見不銹鋼的種類繁多，使用之廣泛。不銹鋼按功能特點分類可分為以下幾類；低溫不銹鋼，無磁不銹鋼，易切削不銹鋼，和超塑形不銹鋼等。但是目前最常用的分類方法是按照材料的組織結構特點按照化學成分特點以及兩者結合來分類。例如，馬氏體不銹鋼，鐵素體不銹鋼，奧氏體不銹鋼，雙相不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼等五大類

而與我今天論的“高碳奧氏體不銹鋼“有關的則是奧氏體不銹鋼。首先來說說奧氏體不銹鋼的結構及應用。奧氏體不銹鋼是面心立方結構，主要種類有304.321.316.在正常的熱處理條件下，鋼的基體組織為奧氏體，在不恰當的熱處理或不同。在受熱狀態下，在奧氏體中可能存在少量的碳化物以及鐵素體組織。奧氏體不銹鋼不能通過熱處理方法改變它的力學性能，只能采用冷變形。也可通過加入鉬，銅，硅等合金元素得到適用的使用要求以及要求的力學性能（文檔借鑒于《不銹鋼基礎知識》）。

奧氏體不銹鋼由于其良好的力學性能和優秀的加工性能，在我們生活中普遍存在。如我們平時使用的奧氏體不銹鋼保溫杯，不銹鋼湯匙和盆子等等。但是由于奧氏體不銹鋼的強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，所以又分為優質奧氏體不銹鋼和普通奧氏體不銹鋼等。其價格當然也是相差甚遠。

我第一次了解到奧氏體不銹鋼是在好幾年前的小米四的發布會上，不得不說小米確實是我們國產品牌的驕傲，敢于創新發展自主品牌并且深入研究。但是這里我必須要說下的是當初被雷軍美其名曰”一塊鋼板的藝術“的小米四手機所使用的奧氏體不銹鋼304，正是奧氏體不銹鋼最常見的一種類型，并沒有雷軍所說的那樣神乎其神，也算是抓住了公眾們對這樣的專業術語的不了解，從而可以說是在故弄玄虛了。但是也不全是其然，這也充分的說明了奧氏體不銹鋼的材料力學性能優秀，與使用方便的道理。從而被小米公司選擇為重點宣傳的目標與方向。有選擇便有市場，有市場便證明其的價值所在，畢竟這是一個優勝劣汰，適者生存的市場。

接下來則是說說本文的中心與研究對象了“高氮奧氏體不銹鋼”，牌號1Mn15Cr17Ni2N。此材料主要采用25T E AF 2VOD+LF 2680kg鑄錠工藝冶煉0.14%C，20.35%N的奧氏體不銹鋼，由牌號可知2N表明含氮元素20%，由此可見這是一個高氮，高錳，高鉻的節鎳型奧氏體不銹鋼。

在金屬熱處理和冶煉中加入合金元素，主要是為了提升鋼的力學性能，增加耐腐蝕性耐酸型抗氧化性，改善切削性能等等，，，

在材料中加入錳，也是鋼材冶煉的只要添加元素，具有細化組織，提升鋼材的作用其和鐵形成固溶體，從而提升鋼中鐵素體和奧氏體的強度，時又是碳化物的形成元素進入滲碳體中替換一部分鐵原子。另外Mn還能很好的穩定奧氏體的晶相組織，從而顯著的提升材料的淬透性，和提升表面質量。然而Cr（鉻）元素在合金中又能生成純化膜，有效提高耐腐蝕的性能，N能顯著提升奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能，N和鉬（Mo）顯著的提高耐腐蝕的性.。Ni元素又能擴大奧氏體，提高抗磨蝕性，高溫任性提高改善其機械性能。

綜上所述我們列舉了高氮奧氏體不銹鋼中主要成分的金屬元素對金屬的性能改善以及效果。眾所周知，奧氏體不銹鋼以優良的力學性能和良好的切削性能出名，可是我們的高氮奧氏體不銹鋼卻截然不同。由于在奧氏體不銹鋼的基礎上大大的增加的氮元素和Ni元素的含量，使得其表面的抗磨損能力和強度耐磨性硬度都大大的增加。從而使得高氮奧氏體不銹鋼并沒有奧氏體不銹鋼那樣的優良的切削性能。

參考文獻：

[1]石鋒， 崔文芳， 王立軍，等. 高氮奧氏體不銹鋼研究進展[J]. 上海金屬， 2006， 28（5）：45-50.

[2]袁軍平， 李衛， 陳紹興，等. 高氮無鎳奧氏體不銹鋼的研究與發展[J]. 鑄造， 2012， 61（11）：1308-1312.