03Cr16Mn14Mo2N含氮奧氏體不銹鋼的熱疲勞行為

含氮奧氏體不銹鋼具有強(qiáng)度高、加工硬化能力強(qiáng)、疲勞性能和耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，在交通、建筑、電力、原子能、軍事工業(yè)等許多重要領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在核電站等領(lǐng)域服役時(shí)，奧氏體不銹鋼部件會(huì)暴露在熱循環(huán)環(huán)境下，承受熱應(yīng)力的作用而產(chǎn)生熱疲勞效應(yīng)，因此，對(duì)含氮奧氏體不銹鋼熱疲勞性能的研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值。為此，研究人員以開發(fā)的含氮量為0.75%的03Cr16Mn14Mo2N奧氏體不銹鋼為研究對(duì)象，在不考慮外加應(yīng)力的條件下，采用自約束熱疲勞試驗(yàn)法在不同上限溫度下對(duì)該鋼進(jìn)行了熱疲勞試驗(yàn)，觀察了裂紋的萌生和擴(kuò)展，研究了其熱疲勞性能，為今后的實(shí)際應(yīng)用提供參考。

試驗(yàn)所用03Cr16Mn14Mo2N奧氏體不銹鋼委托國(guó)內(nèi)某單位冶煉，其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：C0.0350、Si0.158、Mn14.96、P0.0233、S0.0162、Cr16.94、Mo2.56、Ni1.65、N0.75、Fe余量。將試驗(yàn)鋼鍛坯在SXZ-10-13型箱式電阻爐中進(jìn)行1050℃×1h水冷固溶處理，固溶處理后該鋼的晶粒度為7級(jí)。在固溶處理后的試驗(yàn)鋼上線切割出熱疲勞試樣，在LRP2000型冷熱疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)。試樣由扁形夾具固定，通過傳動(dòng)裝置上下運(yùn)動(dòng)，循環(huán)溫度為由室溫分別升至400、500、600、700、800℃五個(gè)上限溫度，當(dāng)達(dá)到上限溫度后保溫120s，隨后浸入循環(huán)冷卻水，時(shí)間為15s，入水深度為（20±2）mm。由室溫升至上限溫度再冷卻至室溫為一次熱循環(huán)，熱循環(huán)到規(guī)定次數(shù)后將試樣取下，在DM2500M型光學(xué)顯微鏡下觀察裂紋萌生或擴(kuò)展情況，并記錄V型缺口處的裂紋長(zhǎng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）隨著熱循環(huán)試驗(yàn)上限溫度的升高，03Cr16Mn14Mo2N奧氏體不銹鋼中熱疲勞裂紋的孕育期縮短，裂紋擴(kuò)展速率增大；裂紋擴(kuò)展初期的擴(kuò)展速率較大，達(dá)到一定循環(huán)次數(shù)后，擴(kuò)展速率降低。

（2）隨著上限溫度的升高，試驗(yàn)鋼V型缺口處的裂紋擴(kuò)展至0.5mm時(shí)所需的熱疲勞循環(huán)次數(shù)顯著降低。