1、 1 1 1 文献综述文献综述 1.1 1.1 课题研究的背景课题研究的背景 不锈钢是指的是不锈钢和耐酸钢。在冶金领域和材料科学领域中，根据钢的 主要性能特征，将含铬量大于 10.5%，且以耐蚀性和不锈性为主要使用性能的一系 列铁基合金称作不锈钢。通常对在大气、水蒸汽和淡水等腐蚀性较弱的介质中不 锈和耐腐蚀的钢种称为不锈钢；对在酸、碱、盐等腐蚀性强烈的环境中具有耐蚀 性的钢种称为耐酸钢。两个钢类因成分上的差异而导致了它们具有不同的耐蚀性， 前者合金化程度低，一般不耐酸；后者合金化程度高，既具有耐酸性又具有不锈 性 1。不锈钢在我国的生产生活中占据着重要的地位，一个国家经济和生活水平的 标志之一
2、就是不锈钢人均消费量。 不锈钢和耐热钢中铬是不可缺少的元素，但铬资源储量不仅少而且偏析大， 就世界范围而言，主要集中在南非和津巴布韦，西欧各国很少；因此长期使用势 必造成铬资源的枯竭，为此开发不含铬的奥氏体不锈钢的研究工作应从长远课题 转到日程上来 2。在现在社会中随着我国经济水平和生活水平的提高，我国不锈钢 产量和消费量确是不断增大，目前最常用的不锈钢主要是以铬、镍作为合金元素 的铬系不锈钢，由于碳会与铬发生反应造成晶间腐蚀，因此生产中的大部分不锈 钢为低碳钢，这样由于强硬度较低而无法满足某些特殊行业的需求；而且因为由 于铬系不锈钢因为铬镍为重金属，比重较大，因此不适合现在的社会发展的轻量
3、化需求，比如应用于交通运输、航空、航海等领域的应用将受到限制。 所以重点开发轻质、机械性能和耐腐蚀性能均良好的新型不锈钢，不但有巨 大的经济效益和实用性，而且能够扩大我国金属材料行业的核心竞争力。 1.21.2 目的和意义目的和意义 （1 1）轻量化）轻量化 无铬轻质不锈钢主要是要求轻质，符合社会发展的需要，汽车轮船航天等轻 量化发展。铬虽是不锈钢必备的元素，但是铬密度为 7.20 克/cm3，为重金属，单 位体积重量比较大，不符合现在社会发展的需求，因此需要用轻金属代替它。铝 及其合金是目前金属材料中应用最广泛的轻质金属材料，铝添加到其它合金中也 能够大大减轻材料比重。由于铝的氧化膜 Al2
4、O3 结构致密，通常铝及其合金都具 有优良的耐蚀性， 在铁中加入一定量的铝， 同样也可以提高 Fe-Al 合金的耐蚀性， 因此用铝代替铬可以很好的实现不锈钢的轻质化。氮是近些年来研究者比较关注 的价廉性优的合金元素，氮在提高钢的耐蚀性、改善钢的机械性能方面均具有显 著地作用，因此氮作为合金元素已经在不锈钢中获得了大规模的应用。用锰和氮 2 代替镍，减少钼使用，也可以适量的降低不锈钢的重量，生产无铬无镍新型不锈 钢，此不锈钢强度、硬度、延性更优，且比重显著轻于镍、铬不锈钢，这样会使 不锈钢比重大大降低，可适用于多种特殊行业并应用于现代社会快速发展得交通 运输、航海、航天等轻量化需求。 （2 2）
5、低成本）低成本 不锈钢中的镍和钼都是稀有贵重金属，随着社会生产的发展，越来越稀有， 因此更应该较少对其的使用，并且可以在这个竞争激烈的贸易社会中降低成本。 因此在弱腐蚀介质中可以用锰、氮复合加入代替钢中的昂贵、稀缺的镍。向不锈 钢中复合加入锰、氮，能从组织上代替镍获得奥氏体组织。氮可以显著提高奥氏 体相区，并改善奥氏体组织的性能，氮的大量加入可以可使高氮奥氏体不锈钢获 得非常高的强度，但钢的断裂韧性并不降低。氮还可以奥氏体不锈钢的耐腐蚀性 能，而且提高它们的耐晶间腐蚀、耐点蚀耐缝隙等局部腐蚀性能。氮是在不锈钢 中应用的唯一一种气态合金元素，它取之容易且量无限，价格低廉，生产中加入 方便，有益作
6、用显著，但副作用较少，是现代不锈钢中非常有发展前途的重要合 金元素。铝是地壳中含量最多的金属元素，储量丰富，价格也较之铬、镍便宜很 多。锰也是在地壳中广泛分布的元素之一，且高锰钢坚硬而富有韧性，没有磁性， 已于切削加工。因此可以显著降低奥氏体不锈钢的成本，不仅保护稀缺金属，而 且增强国家材料行业的国际竞争力。 （3 3）绿色环保）绿色环保 铬和镍均为重金属都有一定的毒性，铬的毒性与其存在的价态有关，六价铬 比三价铬毒性高 100 倍,并易被人体吸收且在体内蓄积，三价铬和六价铬可以相互 转化。天然水不含铬;海水中铬的平均浓度为 0.05ug/l，饮用水中更低；铬的污染 源有含铬矿石的加工、金属表面处理、皮革鞣制、印染等排放的污水 3。因此用铝 代替铬，减少铬和镍的使用可以降低污染，用少量锰和氮代替镍，可减少污染， 减少危害。 （4 4）性能优越）性能优越 有铬存在时，不锈钢中不能加入过多的碳，只能生产低碳钢。因为不锈钢中 碳会与铬发生反应，碳铬结合在晶界形成富铬碳化物，造成铬贫化而引起晶间腐 蚀和耐蚀性下降，而会降低不锈钢的耐腐蚀性能。这样对于一些需要高强硬
