氮是一種強(qiáng)奧氏體穩(wěn)定劑，在不明顯降低延性的情況下是一種更有效的固溶強(qiáng)化劑，并且在奧氏體鋼種溶解性比碳好。此外，氮的利用可使其有可能替代不銹鋼中的鎳。雖然一些高氮奧氏體鋼是面芯立方結(jié)構(gòu)，但由于低溫下通常的脆性斷裂使它們表現(xiàn)出韌性-脆性轉(zhuǎn)變。所以，了解用于越來越多的低溫應(yīng)用的高氮奧氏體鋼的韌性-脆性轉(zhuǎn)變非常具有技術(shù)上的重要性。
雖然通過降低韌性-脆性轉(zhuǎn)變溫度（DBTT）可達(dá)到鐵素體鋼中晶粒細(xì)化使強(qiáng)度增加的效果，但另一方面，對晶粒細(xì)化對高氮奧氏體鋼的DBTT的影響又有爭議。所以，韓國材料科學(xué)研究院的科研人員研究目的是搞清晶粒尺寸對高氮奧氏體鋼韌性-脆性轉(zhuǎn)變行為的影響。
試驗(yàn)用的18Cr-13Mn-0.5N高氮鋼鋼錠是在1.8bar氮?dú)鈮毫ο抡婵崭袘?yīng)熔煉的。通過不同的退火溫度和時間制備了三個不同晶粒尺寸的試樣。化學(xué)成分和晶粒大小見表1和表2。用伺服-液壓力學(xué)測試機(jī)（型號：Instron5882）在-60～+20℃（室溫）的環(huán)境下以5mm/min的滑塊速度進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。在不同溫度下對具有10mm×10mm×55mm尺寸的標(biāo)準(zhǔn)V形缺口試樣進(jìn)行夏氏沖擊試驗(yàn)。為了減少數(shù)據(jù)整理中的誤差用雙曲線正切曲線擬合法對按試驗(yàn)溫度的函數(shù)所繪制的吸收能曲線進(jìn)行回歸分析。根據(jù)回歸分析所獲得的數(shù)據(jù)，測定上“高源”能（最大的延性沖擊能）和DBTT。夏氏沖擊試驗(yàn)后，用場致發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）（型號：JSM-7001F）檢測缺口表面。不同晶粒尺寸的鋼試樣的拉伸性能和夏氏沖擊性能匯總于表2。
表1 試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分（wt.%）
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C |
Si |
Mn |
P |
S |
Ni |
Cr |
Mo |
N |
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0.067 |
0.49 |
13.15 |
0.005 |
0.008 |
0.46 |
17.96 |
0.28 |
0.497 |
表2 室溫拉伸性能和夏氏沖擊性能
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退火處理 |
晶粒尺寸 （μm） |
室溫拉伸性能 |
夏氏沖擊性能 |
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溫度（℃） |
時間（h） |
屈服強(qiáng)度 （MPa） |
拉伸強(qiáng)度（MPa） |
均勻延伸（%） |
總延伸（%） |
DBTT （℃） |
USE（J） |
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1050 |
1 |
59 |
509 |
860 |
51 |
64 |
-80.7 |
239 |
|
1200 |
1 |
80 |
481 |
819 |
50 |
62 |
-82.1 |
221 |
|
1200 |
24 |
173 |
428 |
658 |
39 |
45 |
-96.7 |
190 |
試驗(yàn)結(jié)果表明：在高氮Cr-Mn奧氏體鋼中，晶粒尺寸的降低可促進(jìn)屈服應(yīng)力隨溫度降低而增加，可能是因?yàn)樵诘蜏叵戮Ы缗c氮產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用。這樣，根據(jù)溫度和屈服應(yīng)力及斷裂應(yīng)力之間的關(guān)系，可以斷定因?yàn)榧?xì)化晶粒提高了DBTT，所以晶粒細(xì)化對高氮奧氏體鋼的韌性-脆性轉(zhuǎn)變行為沒有影響。（心遠(yuǎn)）
