對高氮無鎳奧氏體不銹鋼的脆性-延性轉變機理進行研究

奧氏體不銹鋼因為具有卓越的機械性能和耐磨性被廣泛用于管線、化學儲存、電站等行業。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。金屬溶質氮不僅是一種很強的奧氏體形成元素，還能提高耐磨性和機械性能（如強度和韌性），因此用其作為鎳的替代品來獲得高強度、高韌性的奧氏體不銹鋼是可以預期的。然而高氮鋼在使用過程中出現的問題之一是它會發生脆性-延性轉變（BDT），這種轉變是在面心立方晶格（fcc)合金中基本上看不到的。

日本九州島大學材料科學工程系的研究者對高氮無鎳奧氏體不銹鋼的脆性-延性轉變機理進行了研究，關注的焦點是位錯的活性。首先測定了與位錯活性關系密切的0.2%屈服應力下的溫度；其次對小尺寸試樣進行沖擊試驗以研究BDT行為；用3個不同的十字頭速度進行4點彎曲試驗以根據應變速率與BDT溫度的關系來確定活化能。也可以通過應變-鐓粗試驗來確定活化能的值。

試驗所用的Fe-25Cr-1.1N不銹鋼化學成分見下表：

在1473K下，在0.1MPa的氮氣氣氛中，對試驗鋼種進行固溶氮化處理達72ks，水冷；在1173K下等溫熱處理達0.3ks；在1473K下二次奧氏體化，然后淬火。獲得的研究結果如下：

1）Fe-25Cr-1.1N鋼的溫度與0.2%屈服應力的關系比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現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，Fe-25Cr-1.1N鋼的BDT溫度要低很多。

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