奧氏體不銹鋼由于在生產(chǎn)和應用方面具有突出的優(yōu)越性，產(chǎn)量和使用范圍日益擴大，很快占據(jù)不銹鋼的主導地位。針對不同的需求，奧氏體不銹鋼經(jīng)過不斷的發(fā)展和改進，牌號越來越多，逐步形成當前較為完整的奧氏體不銹鋼品種系列（見圖2-1-1）。目前，在世界范圍內(nèi)和各主要不銹鋼生產(chǎn)國中，奧氏體不銹鋼產(chǎn)量約占不銹鋼總產(chǎn)量的70％。

  最早的奧氏體不銹鋼于1912年在德國發(fā)明，1914年定名為V2A的第一個奧氏體不銹鋼在制堿和合成氨生產(chǎn)中獲得工業(yè)應用。其主要成分為20％鉻、7％鎳，但碳含量較高，約為0.25％。其后隨著生產(chǎn)工藝的改進，逐漸演變成為人們所熟知的18-8型不銹鋼，即0Cr18Ni9（304不銹鋼）。受冶煉水平的限制，早期的18-8型不銹鋼中含有較高的碳，很容易與鉻形成碳化物，對耐蝕至關重要的鉻元素受到損失，降低了耐蝕性能。為了避免這種情況發(fā)生，人們開發(fā)了鈦、鈮穩(wěn)定化的奧氏體不銹鋼，其中以1Cr18Ni9Ti（321）不銹鋼最有名。其原理很簡單，就是利用穩(wěn)定化處理，使鈦、鈮優(yōu)先與碳結(jié)合，避免了碳與鉻結(jié)合。321不銹鋼因其優(yōu)良的力學性能和耐蝕性能，曾廣泛應用于飛機制造等領域。1Cr18Ni9Ti不銹鋼的出現(xiàn)對于解決敏化態(tài)晶間腐蝕起到了非常重要的作用，但這類鋼也有不足之處，如在進行焊接時，往往會出現(xiàn)一種類似刀狀的腐蝕；鋼中含有鈦、鈮貴金屬，經(jīng)濟性不太好；鈦容易在鋼中形成TiN夾雜，易發(fā)生表面質(zhì)量問題等。

  我國從1952年開始采用蘇聯(lián)標準生產(chǎn)321不銹鋼，其成為我國最早研制的不銹鋼品種之一。由于受到冶金裝備的制約和蘇聯(lián)材料體系的影響，直至20世紀90年代，1Cr18Ni9Ti不銹鋼在我國都長期占據(jù)統(tǒng)治地位，約占我國當時不銹鋼總產(chǎn)量70％～75％。

  隨著20世紀60年代AOD、VOD等爐外精煉技術(shù)的出現(xiàn)，可將鋼中的碳控制在0.03％以內(nèi)，從而發(fā)展了超低碳奧氏體不銹鋼，代表牌號為00Cr19Ni10（304L）。和304比較，此鋼的碳含量進一步降低，同時為保證完全奧氏體組織，鋼中鉻、鎳含量略有提高。此鋼最大的特點是耐腐蝕性能好，特別是耐晶間腐蝕性能顯著提高。

  我國也較早開始研制這類低碳、超低碳奧氏體不銹鋼鋼種，但限于當時我國的冶金工藝裝備條件只能使用電爐冶煉，對原材料要求高，產(chǎn)品價格貴，生產(chǎn)過程中將碳量降低到所要求的水平相當困難，低碳不銹鋼的推廣應用與當時的歐美先進水平存在差距。“六五”期間我國重點解決了不銹鋼的二次精煉裝備和工藝，先后在鋼廠建成多座AOD和VOD的精煉設備，實現(xiàn)了將碳含量降至0.03％以下且可以使用廉價的原材料。“七五”期間，我國重點解決了低碳、超低碳奧氏體不銹鋼性能水平達到國際水平的軟件技術(shù)開發(fā)。針對化工、輕工、紡織等行業(yè)，集中開發(fā)了00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2等牌號。20世紀90年代以后，我國304L不銹鋼、316L不銹鋼等低碳、超低碳奧氏體不銹鋼品種迎來了蓬勃發(fā)展，逐漸成為我國不銹鋼中的最主要鋼種。

  304L不銹鋼通過降低碳含量，在顯著提升耐晶間腐蝕性能的同時，卻帶來鋼的固溶強度偏低的劣勢。

  在對強度、耐蝕綜合性能有高要求的應用場合，氮合金化的奧氏體不銹鋼逐漸引起了人們的重視。早在20世紀40年代，由于當時不銹鋼中貴重元素鎳資源的奇缺，促使了人們對鉻鎳錳氮和鉻錳氮奧氏體不銹鋼的廣泛研究，使得Cr-Mn-Ni-N不銹鋼系列即美國200系奧氏體不銹鋼誕生。鋼中的氮主要是靠錳提高其溶解度，含量在0.10％～0.25％范圍內(nèi)。但是受限于冶煉技術(shù)，一方面碳含量仍然很難降低到0.06％以下，另一方面氮的加入和固溶缺乏有效手段，200系奧氏體不銹鋼在綜合性能上并沒有300系優(yōu)良，因而只在一些低端的場合得到了應用，并且逐漸淡出了研究者們的視線。到了20世紀70年代，隨著AOD等爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，特別是加壓冶金技術(shù)的出現(xiàn)，更高氮含量的奧氏體不銹鋼得以研制成功，氮在奧氏體不銹鋼中的含量越來越高，給奧氏體不銹鋼帶來了性能上的許多有益的變化。具體表現(xiàn)在：（1）氮是強效的奧氏體形成元素，1千克的氮相當于6～22千克鎳的作用，在鎳當量公式中，氮的系數(shù)為18～30，表明其奧氏體形成能力非常強。（2）氮在顯著提高不銹鋼強度的同時，并不降低材料的塑韌性，在奧氏體不銹鋼中，每加入0.10％的氮，其強度提高約60～100兆帕，前提條件是氮必須固溶存在。此外，氮也能提高不銹鋼的抗蠕變、疲勞、磨損以及低溫性能。（3）氮有效地促進了奧氏體不銹鋼耐點蝕、縫隙腐蝕的能力，其作用是鉻的16～30倍，鉬的5倍。同時，適量的氮含量也有利于提高奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕的能力。因而在20世紀末至21世紀初，掀起了高氮不銹鋼研究的熱潮，研發(fā)了大量高氮奧氏體不銹鋼材料，并廣泛應用于油氣開采、礦山機械、低溫超導等領域。

  由于大量的高氮不銹鋼均需要配合加壓冶煉，很難滿足低成本的要求，從而在21世紀初氮合金化奧氏體不銹鋼的研發(fā)演變成兩個方向：（1）以追求高性能為主要目的，或者是高強高韌的不銹鋼，或者是耐蝕性和力學性能兼顧的超級奧氏體不銹鋼。主要利用氮對不銹鋼力學性能和耐蝕性能的貢獻，通過特殊的冶煉工藝和恰當?shù)暮辖鹪O計，將氮極大地固溶于鋼中，從而研制出力學性能和耐蝕性能均非常優(yōu)異的特殊用途不銹鋼。此方面工作以德國、保加利亞、瑞士和日本為代表，材料主要用于特殊領域，如超導、國防軍工等。日本國立材料研究院（NIMS）于2000年后開展的面向海洋開發(fā)的高氮高鉬奧氏體不銹鋼系列研究工作，氮含量達1％左右。（2）以節(jié)約資源、降低成本為主要目的的經(jīng)濟型不銹鋼。此類鋼利用氮對鋼組織的影響，部分或全部替代貴重金屬鎳，使得鋼在較低的原料成本下仍保持奧氏體組織，從而在性能上兼顧奧氏體鋼的特點和氮對鋼性能的作用，進一步擴大了不銹鋼的使用。如美國在20世紀60年代后逐步開發(fā)的Nitronic合金系列，奧地利伯樂（Bohler）公司生產(chǎn)的無磁鉆鋌系列鋼等。針對中國市場對低成本不銹鋼的需求，美國開發(fā)了204Cu不銹鋼，蒂森克虜伯（Thyssenkrupp）公司開發(fā)了Nirostal．4640不銹鋼，山特維克（Sandvik）公司開發(fā)了Loniflex 不銹鋼。

  我國在20世紀90年代開始比較系統(tǒng)地開展氮在不銹鋼中應用的研究工作，主要為國防軍工等特殊性能要求的不銹鋼進行的研究。2000年后，由于國際上對高氮不銹鋼的開發(fā)熱潮及對氮的有益作用的深刻認識，國內(nèi)不銹鋼行業(yè)開始重視氮在不銹鋼中的應用，并廣泛在304、316奧氏體不銹鋼中加入適當?shù)蕴岣吡W性能和耐蝕性能。2004年新修訂的不銹鋼牌號標準中，增加了304N、304LN、316NG不銹鋼、316LN不銹鋼等含氮奧氏體不銹鋼。但是當時對氮在不銹鋼中的存在形式和作用的認識還比較模糊。盡管鋼鐵研究總院、上海材料研究所等單位很早就關注氮合金化不銹鋼的學術(shù)動態(tài)，但是真正掀起全國范圍的氮合金化不銹鋼研究熱潮是在2006年于四川九寨溝召開的高氮鋼國際會議。鋼鐵研究總院在國家“973計劃”基礎研究的支持下，系統(tǒng)研究了1Cr22Mn16N奧氏體不銹鋼的析出相、韌脆轉(zhuǎn)變、熱加工和焊接等性能，2009年在國際上率先采用電爐＋AOD＋連鑄大工業(yè)流程于常壓下工業(yè)化生產(chǎn)出氮含量超過0.6％的高氮奧氏體不銹鋼。在“十二五”和“十三五”期間，進一步依托國家科技支撐計劃，研制出工業(yè)化產(chǎn)品的高氮無磁護環(huán)和無磁鉆鋌材料。與此同時，中科院金屬所研究開發(fā)了醫(yī)用無鎳BIOSSN4不銹鋼，并用于醫(yī)療器械的制造。北京科技大學、太鋼、太原科技大學等單位對Mn18Cr18N護環(huán)用鋼進行了熱加工等方面的研究。在冶煉工藝方面，鋼鐵研究總院、北京科技大學采用粉末冶金工藝進行了高氮奧氏體不銹鋼的研究。東北大學采用氮氣保護電渣重熔和加壓電渣重熔工藝進行了約1％氮含量的高氮奧氏體不銹鋼的研究。目前，越來越多的氮合金化不銹鋼開始工業(yè)生產(chǎn)，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國每年生產(chǎn)的氮合金化不銹鋼多達1000萬噸以上，占不銹鋼消費量的30％以上。

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