N含量對Mn18Cr18N奧氏體不銹鋼管析出行為及力學性能的影響

采(cai)用JmatPro軟件、OM、SEM和TEM方法研究(jiu)了不同N含(han)量(liang)對(dui)Mn18Cr18N奧(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)管(guan)沉降行為和力(li)(li)(li)學性能的(de)(de)(de)影響。因此，析(xi)出(chu)物主要為六(liu)方晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)系Cr2N和少量(liang)M23C6，其中氮(dan)(dan)化物Cr2N優(you)先沿晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界析(xi)出(chu)，然(ran)后以(yi)不連(lian)續的(de)(de)(de)單(dan)元格(ge)方式(shi)生(sheng)長(chang)成奧(ao)氏體(ti)(ti)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)粒。隨(sui)著(zhu)(zhu)N含(han)量(liang)的(de)(de)(de)增加，Cr2N氮(dan)(dan)化物的(de)(de)(de)析(xi)出(chu)變(bian)(bian)得更加敏感(gan)，當N含(han)量(liang)為0.7%時(shi)(shi)，Cr2N氮(dan)(dan)化物最(zui)敏感(gan)的(de)(de)(de)析(xi)出(chu)溫度為750，孵育時(shi)(shi)間(jian)僅為10分鐘(zhong)。在奧(ao)氏體(ti)(ti)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)界處形(xing)成粒狀，并與相鄰的(de)(de)(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)粒保持相同的(de)(de)(de)取向關系。力(li)(li)(li)學性能測試結(jie)果(guo)表(biao)明，Cr2N氮(dan)(dan)化物的(de)(de)(de)析(xi)出(chu)對(dui)Mn18Cr18N奧(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)管(guan)的(de)(de)(de)強度影響較(jiao)小，但對(dui)塑(su)性的(de)(de)(de)劣化影響較(jiao)大(da)。時(shi)(shi)效(xiao)后，Cr2N析(xi)出(chu)導致(zhi)伸(shen)(shen)長(chang)率(lv)顯著(zhu)(zhu)下(xia)降，面(mian)積減小，伸(shen)(shen)長(chang)率(lv)從52.9%下(xia)降到27.7%，斷口形(xing)貌由(you)韌性斷裂向脆性晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)斷裂和滲透轉變(bian)(bian)。 Cr2N氮(dan)(dan)化物晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體(ti)(ti)破壞(huai)。 TEM分析(xi)結(jie)果(guo)表(biao)明，固溶體(ti)(ti)試樣在拉伸(shen)(shen)變(bian)(bian)形(xing)過程中通(tong)過滑移和孿晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)發生(sheng)配位變(bian)(bian)形(xing)，表(biao)現出(chu)優(you)異的(de)(de)(de)塑(su)性變(bian)(bian)形(xing)能力(li)(li)(li)。時(shi)(shi)效(xiao)后，位錯(cuo)最(zui)終通(tong)過滑動(dong)和傳播在Cr2N 片層和粒狀M23C6 周圍積累，降低了Mn18Cr18N 奧(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)管(guan)的(de)(de)(de)塑(su)性變(bian)(bian)形(xing)能力(li)(li)(li)。

高氮奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼管具(ju)有高強度、高韌性(xing)、優良的耐腐(fu)蝕性(xing)能(neng)、無磁性(xing)等(deng)綜合(he)特性(xing)，因此被廣泛應用于核電站、石(shi)油(you)化工、航空航天、海洋和(he)醫療等(deng)領域[1,2] .大(da)型(xing)發(fa)電機護環通(tong)常采用Mn18Cr18N奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼管生產(chan)，生產(chan)過(guo)程(cheng)通(tong)常要經過(guo)鐓(dui)粗、沖孔、鉸孔和(he)拉拔等(deng)幾個(ge)加熱變形過(guo)程(cheng)[3]。當引(yin)入(ru)大(da)量(liang)合(he)金元素時，奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼管可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)固溶強化達到(dao)更高的強度，但在長時間(jian)的生產(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)，會(hui)析出碳化物、氮化物和(he)金屬間(jian)化合(he)物，從而(er)造成材料加工等(deng)成型(xing)問題。退(tui)化和(he)鍛(duan)造裂紋[4]。

多(duo)項研究(jiu)表明，高(gao)氮(dan)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)中的(de)(de)(de)主(zhu)要析(xi)出(chu)(chu)階(jie)段是氮(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)Cr2N、少量碳化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)（M23C6、M6C）和(he)(he)金屬間(jian)化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)（s，c）[5,6]。研究(jiu)人員研究(jiu)了316L(N) 奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)(de)(de)時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)行(xing)(xing)為，發現M23C6 和(he)(he)s 是500600 C 溫度(du)(du)范圍內(nei)的(de)(de)(de)主(zhu)要沉淀相(xiang)(xiang)(xiang)[7,8]。 M23C6通常沿晶界(jie)析(xi)出(chu)(chu)，同(tong)(tong)(tong)(tong)時(shi)(shi)(shi)(shi)與相(xiang)(xiang)(xiang)鄰(lin)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)晶粒保持相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)取(qu)向(xiang)關系，形狀隨相(xiang)(xiang)(xiang)鄰(lin)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)晶粒取(qu)向(xiang)差的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)而(er)變(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)[9,10]。然而(er)，由于(yu)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)成(cheng)型和(he)(he)使用(yong)過(guo)(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)應(ying)力集中，晶界(jie)處的(de)(de)(de)碳化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)成(cheng)為孔隙(xi)形核的(de)(de)(de)優(you)先位置，導致裂紋的(de)(de)(de)萌生(sheng)和(he)(he)擴展[11]。對于(yu)高(gao)N 含(han)量的(de)(de)(de)Cr-Ni 和(he)(he)Cr-Mn 奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)，氮(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)和(he)(he)碳化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)同(tong)(tong)(tong)(tong)時(shi)(shi)(shi)(shi)存在(zai)。 Shi等[5]通過(guo)(guo)多(duo)次時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)實驗(yan)和(he)(he)析(xi)出(chu)(chu)形貌(mao)觀(guan)察，得(de)到Cr2N氮(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)(de)析(xi)出(chu)(chu)鼻溫度(du)(du)為800，析(xi)出(chu)(chu)量隨著時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)而(er)增加(jia)(jia)。 Cr2N 析(xi)出(chu)(chu)物(wu)的(de)(de)(de)形狀也隨著時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)過(guo)(guo)程(cheng)發生(sheng)變(bian)化(hua)(hua)(hua)(hua)，一般優(you)先沿晶界(jie)形成(cheng)，當(dang)晶界(jie)被重度(du)(du)覆蓋時(shi)(shi)(shi)(shi)，則長成(cheng)不(bu)連(lian)續的(de)(de)(de)氣泡(pao)作為晶粒[12,13]。大量氮(dan)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)析(xi)出(chu)(chu)使奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)在(zai)變(bian)形過(guo)(guo)程(cheng)中發生(sheng)脆性(xing)(xing)晶間(jian)斷裂，損害奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)(de)(de)力學(xue)性(xing)(xing)能[14]。由于(yu)擋圈(quan)制(zhi)造過(guo)(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)質，在(zai)加(jia)(jia)熱和(he)(he)成(cheng)型過(guo)(guo)程(cheng)中會(hui)(hui)產(chan)生(sheng)大量的(de)(de)(de)析(xi)出(chu)(chu)相(xiang)(xiang)(xiang)，這會(hui)(hui)損害材料的(de)(de)(de)成(cheng)型性(xing)(xing)能。因此，本(ben)研究(jiu)通過(guo)(guo)研究(jiu)不(bu)同(tong)(tong)(tong)(tong)N含(han)量奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)(de)(de)等溫時(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)析(xi)出(chu)(chu)行(xing)(xing)為，確定(ding)其(qi)對析(xi)出(chu)(chu)相(xiang)(xiang)(xiang)類型、形貌(mao)和(he)(he)力學(xue)性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)影響，制(zhi)定(ding)了奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)(de)(de)成(cheng)型工(gong)藝。它提供了一個(ge)基本(ben)原理(li)。