对高氮无镍奥氏体不锈钢的脆性-延性转变机理进行研究

奥氏体不锈钢因为具有卓越的机械性能和耐磨性被广泛用于管线、化学储存、电站等行业。为了降低镍的使用量，奥氏体不锈钢的固溶氮化处理变得越来越有吸引力。金属溶质氮不仅是一种很强的奥氏体形成元素，还能提高耐磨性和机械性能（如强度和韧性），因此用其作为镍的替代品来获得高强度、高韧性的奥氏体不锈钢是可以预期的。然而高氮钢在使用过程中出现的问题之一是它会发生脆性-延性转变（BDT），这种转变是在面心立方晶格（fcc)合金中基本上看不到的。

日本九州岛大学材料科学工程系的研究者对高氮无镍奥氏体不锈钢的脆性-延性转变机理进行了研究，关注的焦点是位错的活性。首先测定了与位错活性关系密切的0.2%屈服应力下的温度；其次对小尺寸试样进行冲击试验以研究BDT行为；用3个不同的十字头速度进行4点弯曲试验以根据应变速率与BDT温度的关系来确定活化能。也可以通过应变-镦粗试验来确定活化能的值。

试验所用的Fe-25Cr-1.1N不锈钢化学成分见下表：

在1473K下，在0.1MPa的氮气气氛中，对试验钢种进行固溶氮化处理达72ks，水冷；在1173K下等温热处理达0.3ks；在1473K下二次奥氏体化，然后淬火。获得的研究结果如下：

1）Fe-25Cr-1.1N钢的温度与0.2%屈服应力的关系比SUS316L的要紧密得多；

在吸收能曲线的“低架”温度下，沿受检试样的裂纹尾迹未发现明显的塑性变形迹象；

Fe-25Cr-1.1N钢BDT温度所需要的活化能比铁素体钢的要高得多，这表明在Fe-25Cr-1.1N钢中，在低温下位错的滑移难以诱发BDT；

可以推测，溶解的氮原子会使得Helmholtz自由能增加和/或位错滑移加剧，从而导致BDT所需的活化能值提高；

面心立方晶格之间位错滑移的热活化过程之差可以解释为什么即使在相同的活化能下，Fe-25Cr-1.1N钢的BDT温度要低很多。

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