高氮奧氏體不銹鋼室溫力學(xué)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(shí)，其強(qiáng)度得到了提高，且塑性并不會(huì)下降，并且增強(qiáng)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(chǎn)和建設(shè)領(lǐng)域?qū)?huì)獲得廣泛的應(yīng)用。在其服役領(lǐng)域，部分奧氏體不銹鋼部件會(huì)暴露在熱循環(huán)環(huán)境下，例如，核電站中，低溫冷卻水對(duì)高溫結(jié)構(gòu)或管道表面的沖擊，因此，對(duì)高氮奧氏體不銹鋼熱疲勞性能的研究具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文設(shè)計(jì)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(xué)顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀和顯微硬度儀等設(shè)備，對(duì)三種鋼的常溫力學(xué)性能和熱疲勞性能進(jìn)行了研究，具體結(jié)論如下:
　　(1) H0、H1和H2三種高氮奧氏體不銹鋼分別經(jīng)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(xué)性能最優(yōu)，H2次之，H0最差。H1和H2之所以具有如此高的強(qiáng)度，主要是由于高含氮量在試驗(yàn)鋼中起到了很好的強(qiáng)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(yàn)鋼的強(qiáng)度和塑性。
　　(3)三種試驗(yàn)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(yīng)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(yàn)鋼的孕育期越來越短;裂紋擴(kuò)展速度基本呈現(xiàn)出先緩慢增長(zhǎng)，然后迅速提高，接著又平緩增長(zhǎng)的趨勢(shì)，當(dāng)循環(huán)至特定次數(shù)后，試驗(yàn)鋼高溫性能明顯下降，裂紋又急劇擴(kuò)展。
　　(5)疲勞裂紋主要沿晶擴(kuò)展，當(dāng)熱應(yīng)力不能通過晶界釋放時(shí)，裂紋就會(huì)選擇穿晶擴(kuò)展。試驗(yàn)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(shí)的爐內(nèi)氣氛，晶界處因氧化剝落形成的孔洞和晶粒內(nèi)部

5、的氧化腐蝕坑都會(huì)是裂紋源，形成的裂紋會(huì)和主裂紋搭橋形成更大的裂紋網(wǎng)格。材料的塑性對(duì)試驗(yàn)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(kuò)展速度也最慢，熱疲勞性能也最好。
　　(6)熱疲勞試驗(yàn)中，上限溫度的升高明顯降低了試驗(yàn)鋼的熱疲勞壽命。高溫導(dǎo)致熱應(yīng)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(duì)主裂紋的擴(kuò)張方式和方向都有重要影響。
　　(7)隨著循環(huán)次數(shù)的增加，三種試驗(yàn)鋼試樣表