高氮奧氏體不銹鋼室溫力學性能和熱疲勞性能的研究.pdf

1、高氮奧氏體不銹鋼通過氮來部分取代鎳，穩(wěn)定了奧氏體相區(qū)，在降低成本的同時，其強度得到了提高，且塑性并不會下降，并且增強了不銹鋼的耐腐蝕能力，在交通、建筑、電力、海洋、軍工等許多生產和建設領域將會獲得廣泛的應用。在其服役領域，部分奧氏體不銹鋼部件會暴露在熱循環(huán)環(huán)境下，例如，核電站中，低溫冷卻水對高溫結構或管道表面的沖擊，因此，對高氮奧氏體不銹鋼熱疲勞性能的研究具有很高的實際應用價值。
　　本文設計了三種節(jié)鎳型含氮奧氏體不銹鋼:H0、H

2、1和H2。通過光學顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀和顯微硬度儀等設備，對三種鋼的常溫力學性能和熱疲勞性能進行了研究，具體結論如下:
　　(1) H0、H1和H2三種高氮奧氏體不銹鋼分別經過1050℃、1100℃和1100℃固溶處理后，H1和H2組織均為單一的奧氏體組織，并有孿晶出現(xiàn)，H0中含有少量σ相，該相多存在于晶界處。H0、H1和H2的顯微硬度分別為:315.7HV、343.6HV、338.2HV。
　　(2) H1的綜合

3、力學性能最優(yōu)，H2次之，H0最差。H1和H2之所以具有如此高的強度，主要是由于高含氮量在試驗鋼中起到了很好的強化作用，而H0氮含量雖然最高，但是晶界處有少量σ相析出，在很大程度上降低了試驗鋼的強度和塑性。
　　(3)三種試驗鋼的室溫拉伸和沖擊斷口上覆蓋了大量韌窩，韌窩底部有夾雜物，H0中的夾雜物主要是硫、硅、鉻、錳和氧組成的混合物，H1中的夾雜物主要是鉬、鉻、錳和氧組成的混合物，H2中的夾雜物主要是硅的氧化物和錳、鉻、氧組成的混合

4、物。
　　(4)由于應力集中，熱疲勞裂紋首先萌生于V型缺口處。隨著溫度的升高，試驗鋼的孕育期越來越短;裂紋擴展速度基本呈現(xiàn)出先緩慢增長，然后迅速提高，接著又平緩增長的趨勢，當循環(huán)至特定次數后，試驗鋼高溫性能明顯下降，裂紋又急劇擴展。
　　(5)疲勞裂紋主要沿晶擴展，當熱應力不能通過晶界釋放時，裂紋就會選擇穿晶擴展。試驗鋼固溶處理后的組織中并無氧化物析出，故O元素主要來源于加熱時的爐內氣氛，晶界處因氧化剝落形成的孔洞和晶粒內部

5、的氧化腐蝕坑都會是裂紋源，形成的裂紋會和主裂紋搭橋形成更大的裂紋網格。材料的塑性對試驗鋼的熱疲勞性能有重要的影響，綜合看來，H1的塑性最好，因此其裂紋萌生最晚，擴展速度也最慢，熱疲勞性能也最好。
　　(6)熱疲勞試驗中，上限溫度的升高明顯降低了試驗鋼的熱疲勞壽命。高溫導致熱應力的增大，使試樣表面萌生了大量的分叉裂紋和二次裂紋，這些裂紋的萌生對主裂紋的擴張方式和方向都有重要影響。
　　(7)隨著循環(huán)次數的增加，三種試驗鋼試樣表