2013年--外文翻譯--無(wú)鎳奧氏體高氮不銹鋼熱變形及組織演變（譯文）

1、<p>　　中文3915字,2500單詞，13300英文字符</p><p>　　出處：Erisir E, Prahl U, Bleck W. Hot Deformation Behavior and Microstructural Evolution of a Nickel-Free Austenitic Steel with High Nitrogen Content[J]. Metallurgic

2、al and Materials Transactions A, 2013, 44(12): 5549-5555.</p><p>　　無(wú)鎳奧氏體高氮不銹鋼熱變形及組織演變</p><p>　　ERSOY ERISIR, ULRICH PRAHL, WOLFGANG BLECK</p><p>　　在本論文中，微觀結(jié)構(gòu)對(duì)無(wú)鎳高氮奧氏體鋼DIN EN1.4452熱延展

3、性的影響進(jìn)行了研究。相變和沉淀模擬以及實(shí)驗(yàn)通過(guò)顯微組織確定。通過(guò)熱拉伸和壓縮測(cè)試來(lái)模擬溫度1173 K和1573 K（900℃和1300℃）之間的熱變形。熱拉伸試驗(yàn)測(cè)定高溫屬性。采用熱壓縮試驗(yàn)研究.溫度對(duì)熱變形開(kāi)裂敏感性的影響.。結(jié)果表明，溫度由1423 K升至1523 K（1150℃至1250℃）具有更好的高溫延性，由于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶在該溫度范圍內(nèi)熱延展性增加取決于晶粒細(xì)化。</p><p>　　DOI：10.10

4、07/s11661-013-1893-6</p><p>　　©礦物，金屬和材料學(xué)會(huì)和ASM國(guó)際2013</p><p><b>　　I. 引言</b></p><p>　　無(wú)鎳高氮不銹鋼（HNSS）是醫(yī)療應(yīng)用首選的材料。[1-3]氮可以大大提高點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能，并使奧氏體穩(wěn)定化[4-6]。除了這些優(yōu)點(diǎn)，氮合金可以替代高成本

5、的鎳合金。[7,8]眾所周知鎳會(huì)引起過(guò)敏反應(yīng)和癌癥。[4]</p><p>　　無(wú)鎳的HNSS腐蝕性，力學(xué)和摩擦學(xué)性能已經(jīng)在最近幾年深入的研究[9-12]與317L不銹鋼相比，無(wú)鎳HNS的成分相容性比較好。[9]無(wú)鎳HNSS也有較高的疲勞極限并且提高了摩擦學(xué)性能。[10，11] 無(wú)鎳HNS有可能可作為常規(guī)的醫(yī)療不銹鋼[12]的一種可靠的替代品。</p><p>　　σ相和Cr氮化物的

6、出現(xiàn)會(huì)降低材料的斷裂韌性和耐腐蝕性。[6]析出物也可能影響高溫性能。HNSS的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題是熱加工時(shí)的裂紋敏感性。[13,14]在加熱和熱變形處理的過(guò)程中缺乏熱變形過(guò)程和相變數(shù)據(jù)[15]，在很大程度上限制了HNSS的使用。</p><p>　　在目前的研究中，對(duì)一級(jí)X13CrMnMoN18-14-3高氮鋼在高溫下微觀結(jié)構(gòu)和變形特性進(jìn)了研究。熱力學(xué)計(jì)算和均質(zhì)化退火實(shí)驗(yàn)來(lái)確定相變和沉淀。熱拉伸和壓縮試驗(yàn)在變形溫度為1

7、173 K至1573 K（900℃至1300℃）之間進(jìn)行的模擬熱變形。</p><p>　　ERSOY ERISIR，助理教授，是冶金與材料工程科賈埃利大學(xué)亞琛工業(yè)大學(xué)德國(guó)，Kocaeli,，土耳其，并與鋼鐵冶金部，亞琛。聯(lián)系郵箱：eerisir@ gmail.com ULRICH PRAHL，組長(zhǎng)，WOLFGANG BLECK，教授，黑色冶金亞琛工業(yè)大學(xué)黑色冶金系</p><p>　　

8、稿件提交2011年5月30日。 </p><p>　　文章在網(wǎng)上公布2013年7月23日</p><p><b>　　II. 實(shí)驗(yàn)程序</b></p><p>　　奧氏體級(jí)X13CrMnMoN18-14-3高氮鋼的化學(xué)組成列于表Ⅰ。圖1顯示了400平方毫米的鑄錠中奧氏體和Cr2N在晶界處的顯微組織。</p><p>　

9、　圖2中，熱拉伸和壓縮的樣品，是從鋼錠加工和預(yù)退火的爐中，開(kāi)發(fā)出的一種鍛造工業(yè)緊密的表面質(zhì)量。在1423 K（1150℃）下，在5體積百分比的N2和95體積百分比的二氧化碳的混合氣體的冷卻中，進(jìn)行預(yù)退火2小時(shí)。</p><p>　　使用熱Calc軟件通過(guò)TCS鋼鐵數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行[16,17]。該熱Calc軟件為穩(wěn)定的組織計(jì)算最低吉布斯自由能，適用于各種實(shí)驗(yàn)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，如化學(xué)勢(shì)，焓，相界，和元素溶解度的功能所考慮的階段

10、。計(jì)算的目的是要預(yù)測(cè)相平衡的各種溫度，另外，我考慮了表中的所有元素。</p><p>　　在Bähr DIL805 塑料膨脹儀進(jìn)行均勻化退火，評(píng)估沉淀和相變。膨脹計(jì)試驗(yàn)用尺寸為5毫米直徑和10毫米長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)試件。在1273 K，1373 K和1473 K（1000℃，1100℃，1200℃）下，對(duì)樣品進(jìn)行退火15分鐘，然后用200和0.003 K /秒冷卻速度進(jìn)行冷卻。對(duì)樣品進(jìn)行金相制備。常規(guī)金相試樣進(jìn)

11、行制備，并且使用V2A溶液進(jìn)行腐蝕。掃描電子顯微鏡連接的能量色散X-射線系統(tǒng)，牛津系列ISIS，用來(lái)觀察第二相顆粒的形態(tài)，并分析其化學(xué)組成。此外，金相觀測(cè)用光學(xué)顯微鏡（LM）進(jìn)行金相觀測(cè)。拉伸樣品縱向剖面也用LM觀測(cè)。</p><p>　　在申克熱變形仿真器中進(jìn)行熱拉伸試驗(yàn)。拉伸試樣的結(jié)果如圖2（a）所示。拉伸樣品以5 K / s的速率加熱至1523 K（1250℃）并在該溫度下保持15分鐘。變形溫度范圍為117

12、3 K和1573 K（900℃和1300℃）之間。溫度 - 時(shí)間循環(huán)示于圖3。在樣品以50 K / s的冷卻速度冷卻至室溫之前，在測(cè)試過(guò)程中施加1s-1的形變速率。加熱至1573 K</p><p>　　表I.化學(xué)成分（重量百分比）</p><p>　　X13CrMnMoN18-14-3鋼 </p><p>　　DIN No C Mn Cr Mo

13、 Ni Cu Nb N</p><p>　　1.4452 0.070 12.37 16.1 3.26 0.12 0.04 0.008 0.800</p><p>　　圖1 - 微觀高氮鋼X13CrMnMoN18-14-3的融合情況</p><p>　　圓柱形樣本進(jìn)行熱拉伸的2 - 示意圖（a）和壓縮（b）試驗(yàn)。</p><p&

14、gt;　　5550卷44A，2013年12月</p><p>　?。?300℃）之后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，余下的實(shí)驗(yàn)在溫度保持在1523度（1250℃）后進(jìn)行，氬氣被用作保護(hù)和冷卻氣體。用熱電偶點(diǎn)焊</p><p>　　試樣的表面，測(cè)量并且控制溫度在±5 K之間。通過(guò)拉伸試驗(yàn)，還原最大負(fù)載及區(qū)域（RA）進(jìn)行測(cè)定，繪制為測(cè)試溫度的函數(shù)來(lái)確定的熱變形性。拉伸試驗(yàn)后的拉伸試樣示于圖4。<

15、/p><p>　　熱壓縮試驗(yàn)是用一申克熱變形模擬器在圖2中的圓筒形套環(huán)樣品（b）所示的不同變形度高達(dá)裂紋上進(jìn)行的。目的是確定一個(gè)鍛造窗口。選擇套環(huán)樣品是因?yàn)槠渚植苛鸭y敏感性，從而鑒定裂化位置減少實(shí)驗(yàn)工作。熱壓縮試驗(yàn)，在溫度1173 K至1573 K（900℃至1300℃）以1s-1的應(yīng)變速率進(jìn)行。熱電偶點(diǎn)焊在試樣的表面用于測(cè)量和控制溫度。在熱壓縮試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，從拉伸試驗(yàn)的結(jié)果選擇變形的初始度。用體式顯微鏡對(duì)套環(huán)樣品壓縮

16、的變形的初始度和表面裂紋進(jìn)行檢查。如果裂紋不存在于套環(huán)樣品中，則變形程度增加，存在則減少。因此，測(cè)定變形的程度不會(huì)造成軸環(huán)樣品的裂紋。</p><p>　　圖3-測(cè)試條件為高溫拉伸試驗(yàn)。</p><p><b>　　冶金與材料會(huì)刊A</b></p><p>　　圖4-經(jīng)過(guò)高溫拉伸試驗(yàn)樣本。 </p><

17、p>　　氮 （w-%） 溫度 （℃） </p><p>　　（a） (b)</p><p>　　圖-5熱力學(xué)計(jì)算的結(jié)果：（1）計(jì)算出的等值線及（b）相的質(zhì)量

18、分?jǐn)?shù)為溫度的函數(shù)，示出了C，M2N，M6C，r和M23C6相的形成。</p><p><b>　　三。結(jié)果與討論</b></p><p><b>　　A.熱力學(xué)模型</b></p><p>　　Thermo-Calc軟件被用來(lái)預(yù)測(cè)相的存在性和穩(wěn)定性并估算相分?jǐn)?shù)。圖5（a）是表示溫度和氮含量的函數(shù)的相穩(wěn)定性的等值線圖。圖中的

19、虛線diagramindicates表示關(guān)與對(duì)鋼組合物在這里使用氮?dú)饬俊Ｔ谄胶鉅顟B(tài)，根據(jù)計(jì)算，液體，鐵素體，奧氏體，M2N，M6C，r和M23C6進(jìn)行了預(yù)測(cè)。在圖5（b）所示，給出相對(duì)溫度圖的計(jì)算的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。該圖表示在有沉淀M2N，可以對(duì)材料的性能產(chǎn)生不利影響的。金屬間r相可以沉淀最多的應(yīng)用程序。10％重平衡在873度（600℃）。有少量的M6C和M23C6碳化物也在意料之中。</p><p><b>

20、　　B.微觀評(píng)價(jià)</b></p><p>　　在經(jīng)過(guò)一系列的同質(zhì)化退火之后，通過(guò)LM對(duì)組織演變進(jìn)行了檢查。對(duì)樣品進(jìn)行退火在1273 K，1373 K和1473 K（1000年C，1100 C，1200℃）15分鐘，然后驟冷，以200 K / s的冷卻速度。顯微組織示于圖6。正如在熱力學(xué)建模，M2N群在奧氏體晶界是在圖6中均化后，觀察到在1273 K（1000年4 C）（a）所示。較高溫度下，簇發(fā)生溶解

21、，如圖6（b）和（c）所示。Uggowitzer等人[8]也討論了Cr2N析出3厘含Mo無(wú)鎳高氮鋼。他們建議使用1353 K和1603 K（1080攝氏度和1130℃）之間的退火溫度，以得到沉淀的微結(jié)構(gòu)。圖7顯示了EDS分析的SEM顯微照片和樣品在1373度（1100℃）退火并緩慢冷卻來(lái)驗(yàn)證M2N中的化學(xué)成分和集群。根據(jù)EDS分析，M2N具有大量的Cr以及鐵，鉬，錳，和N。</p><p>　　冶金與材料會(huì)刊A

22、 冶金與材料會(huì)刊A</p><p><b>　　C.熱變形行為</b></p><p>　　溫度對(duì)熱變形行為的影響是在圖8。延展性曲線表示隨著溫度從1173 K至1423 K（900℃至1150℃），在RA10增加至65厘

23、。溫度從1423 K至1523 K（1150℃至1250℃），在溫度導(dǎo)致延展性略有下降。</p><p>　　在較高溫度下，延展性下降到接近0％，報(bào)1573 K（1300℃）的值。如預(yù)期的那樣，隨著減少測(cè)試溫度最大負(fù)荷值增加。 圖9示出了一系列的1173 K和1573 K（900攝氏度和1300℃）之間測(cè)試斷裂樣品的橫截面的微觀結(jié)構(gòu)。微觀結(jié)構(gòu)是完全奧氏體。微觀結(jié)構(gòu)是完全奧氏體。在T<1323 K（10

24、50℃）測(cè)試?yán)煸嚇颖憩F(xiàn)出粗粒度的奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。裂縫如下晶粒邊界的粗大的奧氏體。由于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生，在1323 K和1523 K（1050攝氏度和1250℃）之間的較高溫度下，晶粒細(xì)化。這就解釋了隨著溫度的增加，熱延展性增加。溫度進(jìn)一步上升導(dǎo)致部分在奧氏體晶界在1523 K（1250℃）融化。</p><p>　　根據(jù)目前的研究和我們以前的研究微觀評(píng)價(jià)，通過(guò)退火實(shí)驗(yàn)從溫度低于1373 K（1100℃）緩慢冷卻

25、后可以觀察到[14] M2N形成。然而，斷裂的樣品的橫截面的微觀結(jié)構(gòu)表明，沉淀M2N中作為接收的狀態(tài)不再存在。圖。6 </p><p>　　圖-6。在同質(zhì)化（一）開(kāi)氏1273度（1000℃），（二）1373 K（1100℃）， 圖-8。RA的溫度依賴性和以1/ s的應(yīng)變速率最大負(fù)載。5552卷</p><p>　　以及（c）氏1473度（1200℃）后組織演變。

26、 </p><p>　　圖-7-SEM照片和M2N群[1373 K（1100℃）/15min/0.003 K / S]的EDS分析。 冶金與材料會(huì)刊A

27、 5552卷44A，2013年12月</p><p>　　圖-9斷裂面的在溫度1173 K和1573 K（900攝氏度和1300℃）之間的截面積的 顯微照片。</p><p><b>　　D.斷口</b></p><p>　　利用掃描電鏡熱對(duì)拉伸試樣斷裂面的RA最小和最大值進(jìn)行了研究。在斷裂面上，

28、試樣裂縫在1223 K（950℃）顯示出平坦無(wú)特征的小面，如圖10（a）所示。換句話說(shuō)，斷裂方式是沿晶粒邊界沿晶斷裂脫粘并導(dǎo)致試樣脆性斷裂。在圖10（b）中，1423 K（1150℃）斷裂的標(biāo)本顯示酒窩型斷面和圓形腔。此外，縮頸拉伸試樣的過(guò)程中塑性變形隨著剪切變形相關(guān)的微孔成核和聚合出現(xiàn)。</p><p><b>　　E.熱壓縮試驗(yàn)</b></p><p>　　甲鍛造

29、框可以由延性破裂的發(fā)生在給定的溫度來(lái)確定，由于廣泛的材料流動(dòng)，</p><p>　　因而通過(guò)高度緊張區(qū)域內(nèi)的外觀表面裂紋，設(shè)置一個(gè)限制。圖11給出了變形與變形溫度的程度。另外，高溫延性曲線中給出了相同的圖來(lái)比較熱拉伸和壓縮試樣。</p><p><b>　　冶金與材料會(huì)刊A</b></p><p>　　上面的U型曲線，表面裂縫出現(xiàn)在壓縮采樣的領(lǐng)

30、口。樣本壓縮在溫度1423 K和1523 K（1150℃和之間的1250℃）表現(xiàn)出較高的變形。套環(huán)樣品可被無(wú)裂紋壓縮由0.4至0.5的變形程度。如在圖8中可以看出，兩種方法的熱延展性的反應(yīng)非常相似。</p><p><b>　　四。結(jié)論</b></p><p>　　奧氏體不銹鋼X13CrMn-MoN18-14-3高氮鋼熱變形特性溫度范圍廣。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熱變形行為對(duì)溫度非

31、常敏感。</p><p>　　音量44A，十二月2013-5553</p><p>　　圖-10。拉伸試樣的斷裂面：（一）沿晶斷裂脫粘在1223K（950℃）及（b）穿晶斷裂在1423 K（1150℃）。</p><p>　　圖-11通過(guò)拉伸試驗(yàn)臨界變形程度與RA進(jìn)行比較。</p><p>　　主要結(jié)果可歸納如下：</p>&l

32、t;p>　　（1）根據(jù)熱力學(xué)建模和同質(zhì)化退火試驗(yàn)，M2N相可沉淀在奧氏體基體。如果均質(zhì)化溫度高于1373度（1100℃），能夠避免M2N相的析出。</p><p>　　（2）最佳的熱變形特性被認(rèn)為是在溫度從1323 K時(shí)范圍至1523 K（1050？℃至1250℃），其中的微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。在低溫下，從1173 K至1273 K（900℃?1000℃）的熱變形??形成了粗粒奧氏體的微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致較低的

33、RA值。M2N沉淀物不存在于斷裂拉伸樣品的微觀結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵谌劬Ы鐓^(qū)域RA和最大負(fù)荷值分別為接近零在1573 K（1300℃）。</p><p>　?。?）通過(guò)掃描電鏡，根據(jù)1223度（950℃）的最低RA斷口觀察用表明樣品沿晶脆性斷裂。在較高溫度1423 K（1150℃），觀</p><p>　　5554卷44A，2013年12月</p><p>　　察到最大的RA

34、樣品隨著微孔形成韌性穿晶斷裂。</p><p>　?。?）熱壓縮試驗(yàn)的結(jié)果與熱拉伸試驗(yàn)的結(jié)果相一致。鍛造視窗顯示，沒(méi)有表面裂紋最高的變形程度在溫度1423 K和1523 K（1150℃之間和1250℃）被測(cè)定。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文是基于研究通過(guò)AIF（Arbeitsgemeinschaft ind

35、ustrieller Forschungsvereinigungen，奧托·馮·格里克''）成立由聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)與技術(shù)部（BMWi）。作者感謝小組委員會(huì)'' Chemisch無(wú)敵¨ndige站¨HLE鋼院VDEh的''提供技術(shù)支持。</p><p><b>　　參考 </b></p><p&

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