高氮奥氏体不锈钢高温低塑性区形成的微观机制

高氮奥氏体不锈钢具有节镍、高强、耐点蚀等特点，但由于其热加工性能较差，因此生产应用受到了限制。研究发现氮加入奥氏体不锈钢后，易造成高温塑性低谷（亦称高温脆性），即在900-1100℃附近塑性明显降低，而温度升高后塑性又上升的现象。本项目拟对此开展微观机理的研究。拟通过不同氮含量奥氏体不锈钢的热模拟试验，研究氮含量及均质化处理过程对热塑性影响的规律。在此基础上研究试验钢在升温过程中微观组织、碳氮化物、铁素体相、晶粒长大等方面的变化，并借助EPMA、XRD、SEM、TEM、俄歇能谱分析等方法，研究奥氏体晶粒内部和晶界的成分分布、铁素体相界周围原子浓度等方面的变化，并将其与合金元素及含量接近的Cr-Mn-Ni系（无氮）奥氏体不锈钢进行对比，探明不同氮含量的奥氏体不锈钢出现该塑性低谷的温度区间及其形成原因。

高氮奥氏体不锈钢因其节镍、高强、耐点蚀等特点，在国防、船舶、石油化工、医疗等领域具有广泛的应用前景。但其热加工性能较差，氮对高氮奥氏体不锈钢中高温塑性低谷的形成机理及高氮奥氏体不锈钢中碳、氮元素相互作用机理等尚不明确，因而限制了其工业应用。本项目以Mn-Cr及Mn-Cr-Ni系高氮奥氏体不锈钢作为研究对象，围绕钢中氮含量与组织性能的关系及碳、氮元素相互作用机理两个方向，对高氮奥氏体不锈钢的析出行为及热塑性低谷形成机理进行了研究。揭示了氮含量对该钢种凝固模式和显微组织的影响，阐明了热塑性低谷与奥氏体相、铁素体相形貌的关系，分析了C、N、Fe、Mn、Cr元素偏析及18Mn18CrCN钢析出行为对其热塑性低谷形成机理的影响。.结果表明：氮含量由0.07%变化至0.72%，18Mn18CrN钢实验钢的显微组织由铁素体+奥氏体魏氏组织转变为铁素体+奥氏体两相组织以及奥氏体单相组织。其中奥氏体由板条状或针状转变为枝晶间和等轴状。实验钢的面缩率随温度升高而逐渐升高，但变形温度超过1200 ℃时略下降。而随氮含量由0.07%增加至0.72%，实验钢的面缩率呈“V”型趋势变化。氮含量为0.34%时，18Mn18CrN钢的显微组织为铁素体+奥氏体两相组织时，面缩率值最小，其高温断裂机制为脆性+韧性混合断裂。且随着氮含量增加，钢中高塑性区温度区间变窄，特别是18Mn18Cr0.72N实验钢，其最佳变形温度区间缩小至1150℃～1200℃。碳元素的加入使18Mn18CrN钢析出行为复杂化。碳、氮含量较大地影响18Mn18CrCN钢铸锭的析出相种类，但不影响时效态钢中析出相种类，仅改变其析出相数量。碳、氮对时效态钢中Cr2N相的析出起相互协同作用而非竞争作用。铸态18Mn18CrCN钢在加热固溶后残留的析出相在变形过程中成为裂纹源，是其塑性差的主要原因，而元素偏析也是降低钢热塑性的重要因素。