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    1前言

    氮元素由于固溶强化，不仅可提高不锈钢的强渡，而且能改善其耐蚀性。氮还是一种高效奥氏体生成元素，常被用来替代昂贵的镍。近年来，利用可添加更多氮的加压熔化工艺生产的高氮不锈钢方面的研究也引起了人们的注目。另外，氮对钢耐热性的功效，尤其是氮有利于改善钢的蠕变强度，也有不少报告发表。为了最大限度地利用氮的功效，在维持相平衡的同时，添加普通大气压熔化工艺容许的氮含量，我们成功地开发出兼备优异耐蚀性和强度的高氮奥氏体不锈钢厂[DSN9]。而且据确认，由于固溶强化、加工硬化和析出强化的协同效果，耐热性和耐永久变形性能也非常好。经证实，利用该材料生产的汽车排气密封垫可确保气封性能，在比传统材料SUS301-EH的工作极限温度高200℃的600℃下仍很稳定，现已实用于批量生产的发动机。

    2合金设计

    本开发钢[DSN9]有效地利用了氮的功效，其特点是，可用普通不锈钢生产工艺一大气压熔化工艺生产，不需要加压、再熔化等特殊熔化工艺。为了增加氮的添加量，首先应提高钢水中的氮溶解度。而且凝固过程中Y相的氮溶解度应大于钢水中的氮含量。表1为DSN9和参比钢的化学成分。DSN9即使采用大气压熔化工艺，为了在控制送氮的同时，使氮添加量能达到0．5质量％，也力求Cr和Mn的添加准确可靠，以提高氮溶解度。DSN9基于ThermoCal c(热力计算)的计算体系中，奥氏体(Y)相的稳定性随着氮的增加而提高，同时有损于耐蚀性的Cr2N相的稳定性也有所提高，但对于含有0．5质量％氮的DSN9来说，经过约1010℃的固溶处理，Cr2N会发生固溶，而且由于Y相稳定元素氮的作用，即使将SUS 31OS和SUH660
所含的大量昂贵镍减少到10质量％，Y单相也可以维持下来。另外，由于M0添加适量，耐蚀性和耐热性均得到了改善。

    3开发合金的各种性能

    (1)拉伸特性与磁性

    表1 DSN9和参比钢的化学成分(质量％)
 

    DSN9竟可进行80％的冷加工，强度高于SUS304，80％冷加工时，不仅抗拉强度可达1800MPa左右，而且断裂伸长率能确保在等同于SUS304的水平。另外，SUS304随着冷加工率的升高，其导磁率由于应变诱生马氏体的形成而提高，但DSN9即便进行高达80％的强加工，由于维持稳定Y相，也能保持非磁性。

    (2)耐蚀性

    DSN9的临界孔蚀发生温度远远高于SUS304和SUS 316，且高于耐孔蚀性优越的二相不锈钢SUS329J1。再者，耐蚀性非常好，接近耐海水用超级不锈钢SUS836L。

    (3)高温拉伸性能

    在固溶处理状态，在SUH660的一般时效温度700℃以下，DSN9的强度低于SUH660，但经过60％冷加工，高温强度在整个温度区都超过Y’强化型合金SUH660。

    (4)冷加工试样的时效特性

    加工率在约40％以上时，出现时效硬化，时效硬化量随着冷加工率的上升而增加。硬度的绝对值经过约60％以上的冷加工，开始超过Hv450左右，再经过450~550℃的时效，硬度提高到Hv500~570。

    在600℃以下全部发生时效硬化，尤其在600℃加热400h后硬度仍确保在Hv500左右。而在650℃以上时，随着时效温度的升高而出现软化，其硬度能长时间维持不变。从组织分析结果来看，氮的固溶强化、应变时效、微细Cr2N和a相析出等因素是时效硬化和高温软化时微细组织得以维持的有力原因。

    4在密封垫上的应用实例

    汽车排气密封垫以往主要使用SUS301-EH，近年来，由于燃烧的改善和排气系统的改进等因素，排气密封垫温度正在向高温化方向发展，甚至超过SUS301-EH的工作极限温度400℃。SUS301的冷轧试样(SUS301-EH)在温度超过400℃时其硬度急剧下降，作为排气密封垫的密封性能无法得到保证。耐热材料Ni基超合金Inconel 625虽然在800℃附近尚能维持冷轧后的硬度，但其初期硬度只有Hv3 50～400左右，作为密封垫来说硬度不足。与上述两种材料不同的是，DSN9即使在600℃硬度也能确保Hv500左右，SUS 301所发生的软化开始温度竟提高了200℃以上。用此材料生产密封垫并安装于实际发动机运转证实，在比传统材料高200℃以上的600℃左右，初期密封性能仍能得到维持。而且发动机耐久性试验也证实，优越密封性能能够得到保证。该材料现已实用于批量生产的发动机。

    5今后的展望

    本开发钢厂[DSN9]不只限于作为实用化实例所介绍的汽车排气密封垫所代表的耐热用途，而且由于兼备优越的耐蚀性和强度，可与SUS8 36L媲美，在耐蚀部件上得到了实际应用。除此之外，该钢冷加工后还能维持非磁性，今后也有望应用于非磁性场合。DSN9还可以供应条材、线材和带材。

    6专利

    本开发钢包括有关专利在内已申请7件，其中，成分专利和涉及这次介绍的密封垫用途的专利，在日本国内已得到批准。