高氮低鎳奧氏體不銹鋼的低溫性能與組織穩(wěn)定性

隨著超導磁懸浮列車、超導發(fā)電機等技術(shù)的發(fā)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(guān)注。奧氏體不銹鋼在低溫下保持fcc結(jié)構(gòu)時具有良好的沖擊性能，是首選的低溫材料。有研究結(jié)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(zhuǎn)變溫度也大幅提高，同時采用加壓增氮技術(shù)提高了合金的成本；合金元素的種類與含量和氮的聯(lián)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(shè)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(nèi)某企業(yè)冶煉，將鍛后材料經(jīng)光譜儀分析，其主要化學成分見表1，兩種鋼的奧氏體轉(zhuǎn)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(zhì)量分數(shù)，%）

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(qū)的微觀結(jié)構(gòu)進行分析；用X射線衍射儀分析斷口組織的相組成。結(jié)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(zhuǎn)變溫度影響不大，H1鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度在-122℃，H2鋼的為-123℃。