高氮奧氏體不鏽鋼高溫低塑性區形成的微觀機制

《高氮奧氏體不鏽鋼高溫低塑性區形成的微觀機制》是依託北京科技大學，由李靜媛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高氮奧氏體不鏽鋼高溫低塑性區形成的微觀機制
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：李靜媛
• 項目類別：面上項目

項目摘要

高氮奧氏體不鏽鋼具有節鎳、高強、耐點蝕等特點，但由於其熱加工性能較差，因此生產套用受到了限制。研究發現氮加入奧氏體不鏽鋼後，易造成高溫塑性低谷（亦稱高溫脆性），即在900-1100℃附近塑性明顯降低，而溫度升高后塑性又上升的現象。本項目擬對此開展微觀機理的研究。擬通過不同氮含量奧氏體不鏽鋼的熱模擬試驗，研究氮含量及均質化處理過程對熱塑性影響的規律。在此基礎上研究試驗鋼在升溫過程中微觀組織、碳氮化物、鐵素體相、晶粒長大等方面的變化，並藉助EPMA、XRD、SEM、TEM、俄歇能譜分析等方法，研究奧氏體晶粒內部和晶界的成分分布、鐵素體相界周圍原子濃度等方面的變化，並將其與合金元素及含量接近的Cr-Mn-Ni系（無氮）奧氏體不鏽鋼進行對比，探明不同氮含量的奧氏體不鏽鋼出現該塑性低谷的溫度區間及其形成原因。

結題摘要

高氮奧氏體不鏽鋼因其節鎳、高強、耐點蝕等特點，在國防、船舶、石油化工、醫療等領域具有廣泛的套用前景。但其熱加工性能較差，氮對高氮奧氏體不鏽鋼中高溫塑性低谷的形成機理及高氮奧氏體不鏽鋼中碳、氮元素相互作用機理等尚不明確，因而限制了其工業套用。本項目以Mn-Cr及Mn-Cr-Ni系高氮奧氏體不鏽鋼作為研究對象，圍繞鋼中氮含量與組織性能的關係及碳、氮元素相互作用機理兩個方向，對高氮奧氏體不鏽鋼的析出行為及熱塑性低谷形成機理進行了研究。揭示了氮含量對該鋼種凝固模式和顯微組織的影響，闡明了熱塑性低谷與奧氏體相、鐵素體相形貌的關係，分析了C、N、Fe、Mn、Cr元素偏析及18Mn18CrCN鋼析出行為對其熱塑性低谷形成機理的影響。 結果表明：氮含量由0.07%變化至0.72%，18Mn18CrN鋼實驗鋼的顯微組織由鐵素體+奧氏體魏氏組織轉變為鐵素體+奧氏體兩相組織以及奧氏體單相組織。其中奧氏體由板條狀或針狀轉變為枝晶間和等軸狀。實驗鋼的面縮率隨溫度升高而逐漸升高，但變形溫度超過1200 ℃時略下降。而隨氮含量由0.07%增加至0.72%，實驗鋼的面縮率呈“V”型趨勢變化。氮含量為0.34%時，18Mn18CrN鋼的顯微組織為鐵素體+奧氏體兩相組織時，面縮率值最小，其高溫斷裂機制為脆性+韌性混合斷裂。且隨著氮含量增加，鋼中高塑性區溫度區間變窄，特別是18Mn18Cr0.72N實驗鋼，其最佳變形溫度區間縮小至1150℃～1200℃。碳元素的加入使18Mn18CrN鋼析出行為複雜化。碳、氮含量較大地影響18Mn18CrCN鋼鑄錠的析出相種類，但不影響時效態鋼中析出相種類，僅改變其析出相數量。碳、氮對時效態鋼中Cr2N相的析出起相互協同作用而非競爭作用。鑄態18Mn18CrCN鋼在加熱固溶後殘留的析出相在變形過程中成為裂紋源，是其塑性差的主要原因，而元素偏析也是降低鋼熱塑性的重要因素。