不銹鋼是應用極為廣泛的材料，在人們生產生活中隨處可見。這種添加了鉻、鎳等元素的合金鋼，出于提高抗腐蝕能力的需要，必須降低碳含量，而碳含量一低，強度就很難提高，這也限制了不銹鋼作為結構材料的應用范圍。有沒有這樣一種不銹鋼，它既能減少貴重金屬的添加量以節(jié)約成本，又能提高材料強度以擴大應用范圍，還要有良好的抗腐蝕性能以減少維護成本并提高成品使用壽命？
2004年列入國家973計劃的“提高鋼鐵質量和使用壽命的冶金學基礎研究”項目已于2009年通過驗收，該項目以提高冶金質量為基礎，以材料學為先導，以延長鋼的使用壽命為目標。主要成果有：設計并開發(fā)出低鎳、高強度、低成本、高耐磨性、低磁甚至無磁的資源節(jié)約型不銹鋼原型鋼；在常壓下利用現有冶金工藝流程冶煉并連鑄出了氮含量達0.64%的高氮鋼；研究開發(fā)出了經濟型高強高韌亞穩(wěn)鋼。這些成果有利于提高我國鋼鐵企業(yè)的國際競爭力，擁有廣闊的市場應用前景。
這種不銹鋼的名字叫做高氮鋼。上世紀70年代，世界上就已經有高氮不銹鋼出現，用廉價的取之不盡的氮代替昂貴稀缺的鎳，同時還提高了不銹鋼的強度和抗局部腐蝕能力。阻礙氮作為合金元素廣泛使用的主要因素是氮的加入問題，在大氣壓下氮溶解度非常低，加入很困難，由于加入量少，其有利影響不太明顯，高氮鋼的普遍生產方式是加壓冶煉，需要特殊的生產設備，這就大大增加了高氮鋼的生產成本并限制了它的產量。我國是鋼鐵生產大國，能不能使用現在通用的冶金設備在常壓下煉出高氮鋼？
鋼鐵研究總院結構材料研究所副所長蘇杰博士是“提高鋼鐵質量和使用壽命的冶金學基礎研究”項目中“資源節(jié)約型不銹鋼研究”課題組的負責人，他說：“我們在常壓下利用現有冶金工藝流程實際冶煉并連鑄出了氮含量達0.64%的高氮鋼，并軋制成20mm和14mm的寬幅板，這表明高氮鋼冶煉和熱加工的瓶頸問題已基本解決，在2009年高氮鋼國際會議上引起強烈反響，具有世界領先水平。”
課題組采取科研院校與企業(yè)聯(lián)合并與產品制造廠家合作的方式對氮合金化不銹鋼進行了系統(tǒng)研究。在鋼鐵研究總院、東北大學、太原鋼鐵（集團）有限公司的共同努力下，研究者們用Thermo―Calc熱力學軟件對高氮鋼進行合金設計，改善了合金設計配方，提高了氮的溶解度，從而實現了高氮鋼的常壓生產。蘇杰說：“通過引入熱力學軟件進行理論計算來找到合金的優(yōu)化成分，不僅減少了實驗室摸索過程，保證了冶煉準確命中率，而且從理論上解決了凝固過程中氮飽和溶解度的設計問題，掌握了氮合金化不銹鋼的合金化原理和制造技術?！?/FONT>
理論問題的解決，使研究者們可根據企業(yè)需要，開發(fā)出滿足不同工業(yè)需求的系列氮合金化資源節(jié)約型不銹鋼，從而實現低成本高性能新品不銹鋼的生產應用。
蘇杰舉例說：“比如，氮加到一定程度，可以制成完全不含鎳的不銹鋼。有一定比例的人群對鎳是過敏的，因此這種無鎳高氮鋼材料就可以用于人體植入物、手表、眼鏡架等?，F在‘飛亞達’手表正在跟我們談合作?！?/FONT>
研究者們還發(fā)現碳、氮混合加入可制成加工塑性好的亞穩(wěn)鋼?！斑@種材料可用于汽車零件以及火車車體的制造，比現用的301鋼成本低20%―40%，力學性能更優(yōu)，耐蝕性能接近，市場前景十分廣闊。目前此項目已進行了半工業(yè)化實驗?！?/FONT>
這是將來可以做到的，那么，課題組目前已經成功用AOD爐（一種常用的不銹鋼精煉設備）生產的高氮原型鋼又可用于哪些地方呢？
根據高氮原型鋼的性能特點，由于其具有和目前大量使用的304不銹鋼相當的耐蝕性能，并具有比304不銹鋼高2倍的強度，且價格低廉，和304不銹鋼相比具有很大的競爭優(yōu)勢，因此可以在部分領域替代304不銹鋼。到目前為止，課題組重點將此原型鋼推廣應用于如下幾方面：礦山開采和洗煤用耐磨蝕設備；高強度不銹鋼緊固件；高強度建筑鋼筋；防彈裝甲。其中，采用原型鋼制造出的煤礦洗煤用篩網，已成功應用于工業(yè)生產中，并表現出優(yōu)異的耐磨蝕性能。經過與國家標準件產品質量監(jiān)督檢驗中心的合作，已成功試制出M12螺栓，并準備進一步試制M20螺栓。一旦試制成功，并制定相應的技術規(guī)范，可廣泛替代目前304不銹鋼制造的緊固件，產生巨大的經濟效益。
蘇杰預測，如果國家標準和建筑規(guī)范可以跟上的話，鋼筋將成為高氮原型鋼市場前景最大的應用方向。目前我國的橋梁等建筑都用的是普通鋼筋，沒有采用不銹鋼鋼筋，而國際上寒冷地區(qū)及沿海地區(qū)的橋梁等建筑很多都采用不銹鋼鋼筋。高氮鋼制成的不銹鋼鋼筋比普通鋼筋強度更高，耐腐蝕性更好，還具有零維護的優(yōu)點。按原型鋼的強度級別，可替代目前應用的Ⅳ級鋼筋，其120年的使用壽命和零維護特性會讓總使用成本大大降低。
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