氮含量對18Mn18CrN鋼高溫性能的影響

高氮奧氏體不銹鋼因其節(jié)鎳、高強度、耐點蝕等特點，在國防、船舶、石油化工、醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，高氮奧氏體不銹鋼在熱加工過程中容易開裂，熱成形性不良，嚴(yán)重影響了高氮鋼的成品加工及其使用性能。因此，高氮奧氏體不銹鋼脆-韌轉(zhuǎn)變得到了眾多學(xué)者的關(guān)注。本工作以18Mn18CrN鋼作為研究對象，通過熱模擬試驗研究了溫度、氮含量對18Mn18CrN鋼高溫力學(xué)性能的影響規(guī)律，分析了不同氮含量鋼的斷裂機制，探明了18Mn18CrN鋼高溫塑性的變化規(guī)律。

試驗材料為常壓高頻感應(yīng)熔煉爐冶煉的18Mn18CrN鋼，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 試驗鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

采用Gleeble-1500熱模擬試驗機進(jìn)行高溫拉伸試驗。試驗?zāi)繕?biāo)溫度為950～1250℃，溫度間隔為50℃。試驗方案：首先以10℃/s升溫到目標(biāo)溫度以下50℃，然后以5℃/s升溫到目標(biāo)溫度保溫5min后，以1s^-1的應(yīng)變速率拉伸直至斷裂，斷裂后水冷。采用鐵素體測量儀測量拉伸斷裂后試樣的鐵素體含量。

采用掃描電鏡（SEM）觀察試驗鋼的斷口及析出相形貌，用電子探針面掃描儀（EPMA）描述析出相及基體的元素分析，分析其斷裂機制。試驗結(jié)果表明：

（1）氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.07%、0.34%、0.44%和0.72%的18Mn18CrN鋼的斷面收縮率隨溫度升高而逐漸升高，但拉伸變形溫度超過1200℃時略有下降。且隨著氮含量的增加，鋼的高塑性區(qū)溫度區(qū)間變窄，當(dāng)?shù)|(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.72%時，試驗鋼的最佳拉伸變形溫度區(qū)縮小至1150～1200℃。

（2）隨著拉伸溫度的升高，18Mn18CrN鋼的高溫抗拉強度均呈線性下降趨勢。但隨著氮含量增加，高溫抗拉強度隨溫度升高而降低的程度增高，高氮含量試驗鋼的高溫抗拉強度對溫度變化更敏感。

（3）隨著氮含量增加，18Mn18CrN鋼的斷面收縮率呈V形趨勢變化。當(dāng)?shù)|(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.34%時，試驗鋼的斷面收縮率最小，其高溫斷裂機制為脆性+韌性混合斷裂。