高氮低鎳奧氏體不銹鋼的低溫性能與組織穩定性

隨著超導磁懸浮列車、超導發電機等技術的發展，低溫下無磁高強度鋼種的使用與日俱增，奧氏體不銹鋼以無磁性和良好的焊接性能獲得大量的關注。奧氏體不銹鋼在低溫下保持fcc結構時具有良好的沖擊性能，是首選的低溫材料。有研究結果表明：鋼中氮含量的增加大幅提高了鋼的力學性能和耐腐蝕性能，但鋼中氮含量超過0.8%，力學性能提高的同時會降低鋼的耐蝕性能，增加脆性，韌脆轉變溫度也大幅提高，同時采用加壓增氮技術提高了合金的成本；合金元素的種類與含量和氮的聯合作用對鋼的綜合性能的影響機理值得深入探討。因此常壓條件下制備高氮鋼，并合理選擇合金元素及其比例，提高材料的綜合性能值得進一步的研究。

本課題組設計了兩種[Ni]、[Cr]當量相同的高氮低鎳奧氏體不銹鋼，委托國內某企業冶煉，將鍛后材料經光譜儀分析，其主要化學成分見表1，兩種鋼的奧氏體轉變溫度均在-290℃以下。在SXZ-10-13型箱式電阻爐中對材料進行固溶處理，固溶處理溫度均為1050℃，保溫1h，水冷。將材料加工成圓柱形標準拉伸試樣和V型標準夏比沖擊試樣。拉伸試驗在型號為RDL100的電子蠕變試驗機上進行，拉伸速率為3mm/min，試驗溫度分別為20、0、-30、-60、-100和-150℃。沖擊試驗在ZBC 2302-C型金屬擺錘沖擊試驗機上進行，采用V型缺口試樣，試驗溫度分別為20、-50、-80、-110、-150和-196℃。

表1 試驗鋼化學成分（質量分數，%）

用掃描電鏡對拉伸和沖擊斷口形貌進行觀察；用透射電子顯微鏡對斷口區的微觀結構進行分析；用X射線衍射儀分析斷口組織的相組成。結果表明：

（1）氮含量增加，提高了奧氏體不銹鋼的抗拉強度與屈服強度，但降低了斷面收縮率；兩種試驗鋼的抗拉強度和屈服強度均隨著試驗溫度的降低而提高。

（2）兩種試驗鋼的[Ni]當量相近，[Cr]當量相同，氮含量增加降低試驗鋼的沖擊性能，但對其韌脆轉變溫度影響不大，H1鋼的韌脆轉變溫度在-122℃，H2鋼的為-123℃。