新型低Ni不锈钢的组织与性能

    节镍或无镍的奥氏体不锈钢是指Mn、N代Ni的奥氏体不锈钢，是近年来随着冶金技术的进步而受到广泛关注的一个新的材料发展方向。由于含氮奥氏体不锈钢具有诸多优点，掀起了研究热潮。随着含氮奥氏体不锈钢制造技术的进步，制造成本将不断降低，性能会进一步提高，含氮奥氏体不锈钢的应用范围将不断扩大。因此，可以预计，含氮尤其是高氮奥氏体不锈钢在交通运输、建筑、宇宙空间、海洋工程、原子能和军事工业等许多重要领域将会得到广泛应用。本研究以锰和氮元素来部分代替镍元素在不锈钢组织和性能中的作用，对两种不同氮含量的低镍不锈钢进行组织分析和拉伸、冲击力学性能测试，并对其断裂机理进行研究。　
    根据合金元素对奥氏体钢组织和性能的影响，设计了两种成分的低镍不锈钢，经真空熔炼炉熔炼和锻打后，经光谱分析，材料的主要化学成分见表1。采用线切割将材料加工成长条状的冲击试样和圆棒状拉伸试样，各取3个试样。在SXZ-10-13型箱式电阻炉中，对试样进行固溶处理，高氮含量试验钢的固溶温度为1050℃，低氮含量试验钢的为1100℃，冷却方式均采用水冷。将经过固溶处理后尺寸为10mm×10mm×10mm的试样在型号为HR150A型洛氏硬度计上进行洛氏硬度测试，载荷为1.96N，保压时间20s，每个试样上打3个点，取平均值。室温冲击试验按照GB/T229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》在XJ-502型组合冲击试验机上进行。室温拉伸试验按照GB/T228-2002《金属材料 室温拉伸试验方法》在型号为RDL100的电子蠕变试验机上进行。制取金相样品，使用Leica公司的DM2500M透反射光学显微镜观察显微组织。使用D/MAX2005PC型X射线衍射仪分析结构和使用JSM-7001F型扫描电镜（SEM）观察拉伸、冲击断口。　
表1  试验钢的化学成分（质量分数%）
 

试验钢	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

 
结果表明：
　　（1）高氮及低氮含量低镍不锈钢经固溶后的基体分别为单相奥氏体及奥氏体和铁素体各占一半的双相组织。两者抗拉强度均较高，分别为840.18、688.38MPa，氮作为间隙原子在钢中起到很好的固溶强化。
　　
    （2）高氮含量及低氮含量试验钢室温拉伸和冲击断口均为明显的韧窝形貌，冲击吸收能量分别为191、250J，有较好的抗冲击性能，硬度均大于93HRB。高氮奥氏体的室温综合力学性能优于低氮含量的双相不锈钢。