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新型低Ni不銹鋼的組織與性能

節鎳或無鎳的奧氏體不銹鋼是指Mn、N代Ni的奧氏體不銹鋼，是近年來隨著冶金技術的進步而受到廣泛關注的一個新的材料發展方向。由于含氮奧氏體不銹鋼具有諸多優點，掀起了研究熱潮。隨著含氮奧氏體不銹鋼制造技術的進步，制造成本將不斷降低，性能會進一步提高，含氮奧氏體不銹鋼的應用范圍將不斷擴大。因此，可以預計，含氮尤其是高氮奧氏體不銹鋼在交通運輸、建筑、宇宙空間、海洋工程、原子能和**工業等許多重要領域將會得到廣泛應用。本研究以錳和氮元素來部分代替鎳元素在不銹鋼組織和性能中的作用，對兩種不同氮含量的低鎳不銹鋼進行組織分析和拉伸、沖擊力學性能測試，并對其斷裂機理進行研究。
　　

根據合金元素對奧氏體鋼組織和性能的影響，設計了兩種成分的低鎳不銹鋼，經真空熔煉爐熔煉和鍛打后，經光譜分析，材料的主要化學成分見表1。采用線切割將材料加工成長條狀的沖擊試樣和圓棒狀拉伸試樣，各取3個試樣。在SXZ-10-13型箱式電阻爐中，對試樣進行固溶處理，高氮含量試驗鋼的固溶溫度為1050℃，低氮含量試驗鋼的為1100℃，冷卻方式均采用水冷。將經過固溶處理后尺寸為10mm×10mm×10mm的試樣在型號為HR150A型洛氏硬度計上進行洛氏硬度測試，載荷為1.96N，保壓時間20s，每個試樣上打3個點，取平均值。室溫沖擊試驗按照GB/T229-2007《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》在XJ-502型組合沖擊試驗機上進行。室溫拉伸試驗按照GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》在型號為RDL100的電子蠕變試驗機上進行。制取金相樣品，使用Leica公司的DM2500M透反射光學顯微鏡觀察顯微組織。使用D/MAX2005PC型X射線衍射儀分析結構和使用JSM-7001F型掃描電鏡（SEM）觀察拉伸、沖擊斷口。
　　

表1 試驗鋼的化學成分（質量分數%）

試驗鋼	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni	N	Fe
高氮	0.0350	0.158	14.96	0.0233	0.0162	16.94	2.56	1.65	0.75	余量
低氮	0.0324	0.226	19.78	0.0248	0.0175	17.46	1.68	1.64	0.213	余量

結果表明：
　　

（1）高氮及低氮含量低鎳不銹鋼經固溶后的基體分別為單相奧氏體及奧氏體和鐵素體各占一半的雙相組織。兩者抗拉強度均較高，分別為840.18、688.38MPa，氮作為間隙原子在鋼中起到很好的固溶強化。
　　

（2）高氮含量及低氮含量試驗鋼室溫拉伸和沖擊斷口均為明顯的韌窩形貌，沖擊吸收能量分別為191、250J，有較好的抗沖擊性能，硬度均大于93HRB。高氮奧氏體的室溫綜合力學性能優于低氮含量的雙相不銹鋼。

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