氮含量对18Mn18CrN钢高温性能的影响

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高氮奥氏体不锈钢因其节镍、高强度、耐点蚀等特点，在国防、船舶、石油化工、医疗等领域具有广泛的应用前景。近年来的研究发现，高氮奥氏体不锈钢在热加工过程中容易开裂，热成形性不良，严重…

高氮奥氏体不锈钢因其节镍、高强度、耐点蚀等特点，在国防、船舶、石油化工、医疗等领域具有广泛的应用前景。近年来的研究发现，高氮奥氏体不锈钢在热加工过程中容易开裂，热成形性不良，严重影响了高氮钢的成品加工及其使用性能。因此，高氮奥氏体不锈钢脆-韧转变得到了众多学者的关注。本工作以18Mn18CrN钢作为研究对象，通过热模拟试验研究了温度、氮含量对18Mn18CrN钢高温力学性能的影响规律，分析了不同氮含量钢的断裂机制，探明了18Mn18CrN钢高温塑性的变化规律。

试验材料为常压高频感应熔炼炉冶炼的18Mn18CrN钢，其化学成分如表1所示。

表1 试验钢的化学成分（质量分数，%）

编号	Cr	Mn	N	C	Fe
1	17.7	17.5	0.07	0.013	余量
2	17.6	17.9	0.34	0.021	余量
3	17.2	17.9	0.44	0.025	余量
4	19.0	18.8	0.72	0.020	余量

采用Gleeble-1500热模拟试验机进行高温拉伸试验。试验目标温度为950～1250℃，温度间隔为50℃。试验方案：首先以10℃/s升温到目标温度以下50℃，然后以5℃/s升温到目标温度保温5min后，以1s^-1的应变速率拉伸直至断裂，断裂后水冷。采用铁素体测量仪测量拉伸断裂后试样的铁素体含量。

采用扫描电镜（SEM）观察试验钢的断口及析出相形貌，用电子探针面扫描仪（EPMA）描述析出相及基体的元素分析，分析其断裂机制。试验结果表明：

（1）氮质量分数分别为0.07%、0.34%、0.44%和0.72%的18Mn18CrN钢的断面收缩率随温度升高而逐渐升高，但拉伸变形温度超过1200℃时略有下降。且随着氮含量的增加，钢的高塑性区温度区间变窄，当氮质量分数为0.72%时，试验钢的最佳拉伸变形温度区缩小至1150～1200℃。

（2）随着拉伸温度的升高，18Mn18CrN钢的高温抗拉强度均呈线性下降趋势。但随着氮含量增加，高温抗拉强度随温度升高而降低的程度增高，高氮含量试验钢的高温抗拉强度对温度变化更敏感。

（3）随着氮含量增加，18Mn18CrN钢的断面收缩率呈V形趋势变化。当氮质量分数为0.34%时，试验钢的断面收缩率最小，其高温断裂机制为脆性+韧性混合断裂。

（4）随着氮含量增加，18Mn18CrN钢的流变应变呈线性增加趋势，但随着拉伸温度升高，高温抗拉强度增加的幅度减小。每增加0.1%N，在950℃拉伸试验时钢的抗拉强度将降低22.1MPa，而在1150℃拉伸试验时则降低15.3MPa。

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