對高氮無鎳奧氏體不銹鋼的脆性-延性轉(zhuǎn)變機(jī)理進(jìn)行研究

奧氏體不銹鋼因?yàn)榫哂凶吭降臋C(jī)械性能和耐磨性被廣泛用于管線、化學(xué)儲存、電站等行業(yè)。為了降低鎳的使用量，奧氏體不銹鋼的固溶氮化處理變得越來越有吸引力。金屬溶質(zhì)氮不僅是一種很強(qiáng)的奧氏體形成元素，還能提高耐磨性和機(jī)械性能（如強(qiáng)度和韌性），因此用其作為鎳的替代品來獲得高強(qiáng)度、高韌性的奧氏體不銹鋼是可以預(yù)期的。然而高氮鋼在使用過程中出現(xiàn)的問題之一是它會發(fā)生脆性-延性轉(zhuǎn)變（BDT），這種轉(zhuǎn)變是在面心立方晶格（fcc)合金中基本上看不到的。

日本九州島大學(xué)材料科學(xué)工程系的研究者對高氮無鎳奧氏體不銹鋼的脆性-延性轉(zhuǎn)變機(jī)理進(jìn)行了研究，關(guān)注的焦點(diǎn)是位錯的活性。首先測定了與位錯活性關(guān)系密切的0.2%屈服應(yīng)力下的溫度；其次對小尺寸試樣進(jìn)行沖擊試驗(yàn)以研究BDT行為；用3個(gè)不同的十字頭速度進(jìn)行4點(diǎn)彎曲試驗(yàn)以根據(jù)應(yīng)變速率與BDT溫度的關(guān)系來確定活化能。也可以通過應(yīng)變-鐓粗試驗(yàn)來確定活化能的值。

試驗(yàn)所用的Fe-25Cr-1.1N不銹鋼化學(xué)成分見下表：

在1473K下，在0.1MPa的氮?dú)鈿夥罩?，對試?yàn)鋼種進(jìn)行固溶氮化處理達(dá)72ks，水冷；在1173K下等溫?zé)崽幚磉_(dá)0.3ks；在1473K下二次奧氏體化，然后淬火。獲得的研究結(jié)果如下：

1）Fe-25Cr-1.1N鋼的溫度與0.2%屈服應(yīng)力的關(guān)系比SUS316L的要緊密得多；

在吸收能曲線的“低架”溫度下，沿受檢試樣的裂紋尾跡未發(fā)現(xiàn)明顯的塑性變形跡象；

Fe-25Cr-1.1N鋼BDT溫度所需要的活化能比鐵素體鋼的要高得多，這表明在Fe-25Cr-1.1N鋼中，在低溫下位錯的滑移難以誘發(fā)BDT；

可以推測，溶解的氮原子會使得Helmholtz自由能增加和/或位錯滑移加劇，從而導(dǎo)致BDT所需的活化能值提高；

面心立方晶格之間位錯滑移的熱活化過程之差可以解釋為什么即使在相同的活化能下，F(xiàn)e-25Cr-1.1N鋼的BDT溫度要低很多。

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