低温奥氏体钢及其断裂机理的研究进展

综述了低温奥氏体钢的研究进展 论述了高锰、高氮奥氏体钢低温脆断模式及其断裂机理 ,指出不同合金化的高锰、高氮奥氏体钢有着不同的层错能、相变临界分切应力、解理强度、屈服强度 ,因而有不同的断裂现象 ,包括晶间开裂、穿晶脆断、退火孪晶界开裂 着重探讨了穿晶脆断现象 ,指出穿晶脆断是高锰含氮奥氏体钢特有的脆性断裂形式 提出了今后的研究方向     

高氮奥氏体钢的CVN低温冲击断裂研究

对Fe-24Mn-13Cr-1Ni-0．44N和Fe-24Mn-18Cr-3Ni-0．62N两种高氮奥氏体不锈钢分别进行了低温冲击断裂的试验研究．研究结果表明：随着氮的质量分数的提高，奥氏体不锈钢的低温冲击韧度快速降低，韧脆转变温度升高，两者的韧脆转变温度分别为140K和210K；高氮奥氏体不锈钢在83K时会产生层状剥离式的脆性断裂；高氮奥氏体不锈钢随温度的降低，断裂模式的变化规律为：拉长或等轴形韧窝→浅坑形韧窝→脆断刻面和韧窝混合型→脆断刻面为主，层状剥离出现．     

18%Cr-12%Mn-0.55%N高氮奥氏体不锈钢低温性能与组织稳定性

研究了高氮奥氏体不锈钢18%Cr-12%Mn-0.55%N在室温和低温下的力学行为和组织稳定性,并对实验钢的断裂失效行为进行了讨论.低温冲击实验结果表明,实验钢在-70℃前后存在韧脆转变现象,这种脆性类解理断裂是在奥氏体的{111}面发生的;低温拉伸实验结果表明,该钢室温拉伸时即有相变发生,相变产物除α′马氏体外,还发现了一种不同于α′马氏体的相变产物,其结构和相关参数暂不能确定.基于冲击实验和拉伸实验结果可以认为,该钢在-60℃以上有很好的强度和塑性结合,因此其使用温度应该在-60℃以上.     

32Mn-7Cr-0.6Mo-0.3N奥氏体钢低温变形与断裂的特征

测定了３２Ｍｎ－７Ｃｒ－０．６Ｍｏ－０．３Ｎ奥氏体钢７７Ｋ温度下的力学性能、组织稳定性,并研究了其低温变形和断裂行为。结果表明：该钢具有很好的低温强度和韧性以及高的组织稳定性。由于氮原子的影响以及在低温变形过程中产生的滑移带、形变孪晶、位错间的相互作用,导致该钢具有较高的加工硬化率和高的均匀延伸率。该钢于７７Ｋ发断口为韧窝占主导并混有少量准解理小刻面的韧性断裂特征。     

奥氏体化温度对Fe-17Mn-0.05C钢组织和拉伸性能的影响

对一种热轧态高锰减振结构钢进行不同温度的热处理,研究了奥氏体化温度对其组织和拉伸性能的影响.结果表明:在600℃条件下,逆转变得到的全奥氏体组织只发生回复过程,冷却时ε马氏体含量比热轧态高,此时的拉伸强度和加工硬化率也较大.当奥氏体化温度为800℃或更高时,奥氏体发生完全静态再结晶.原始奥氏体晶粒尺寸和ε马氏体含量随着温度的升高而增加,但钢的力学性能随之变差.在1 200℃下奥氏体化处理后,组织中ε马氏体板条十分细碎;在拉伸时由于奥氏体晶粒尺寸太大,实验钢发生了沿晶断裂.     

40Cr钢强韧化的新探索

对４０Ｃｒ钢高、低温淬火强韧化进行了评价；提出强韧化的新途径──复合热处理强韧化，并按 此设计了几种新工艺．性能试验结果表明：新工艺使４０Ｃｒ获得较好的强韧化，即在保持强度水平 下，塑性、韧性、系列冲击韧性及冷脆转变温度，和疲劳性能均得到明显的改善．用金相方法及 扫描电镜观察分析指出，这与微区成分均匀、晶界净化、组织细化与改善，从而避免或减少了沿 晶或解理脆断有关．     

35CrMo钢亚温淬火后的低温拉伸和冲击性能

本文通过对35CrMo钢采用在(A+F)两相区内进行亚温加热淬火并高温回火以及常规调质处理后的室温～-196℃光滑和缺口拉伸、系列冲击试验,探索了亚温淬火对改善35CrMo钢低温强韧性的可能性.试验结果表明:35CrMo钢亚温淬火后,可使奥氏体晶粒得到显著细化(达到12级晶粒度);与常规调质处理相比,在低温下光滑拉伸强度稍有提高,而塑性稍有降低.但确显著提高低温下的缺口拉伸强度,降低缺口敏感性.同时还显著提高脆性转化温度附近的冲击韧性,但在其它温区提高不甚明显.冷脆转化温度约降低20℃;亚温淬火后低温下拉伸断裂的基本特征是裂纹均在碳化物和铁素体的边界处萌生,并以穿晶扩展为主.在液氮温度下,也不出现脆性的解理断裂,而是以准解理为主并有少量韧窝的混合型断裂;较佳的亚温淬火工艺是原始为淬火态,采用820℃加热淬火(未溶铁素体约13%左右)和550℃高温回火.     

Cu、As和Sn对低合金钢连铸坯第Ⅲ脆性区的影响

为了研究残余元素Cu、As和Sn对钢高温延塑性的影响,采用Gleeble-1500热模拟试验机测试了含有一定量Cu、As和Sn低合金钢连铸坯的高温延塑性,得到了低合金钢第Ⅲ脆性温度区在920～730℃之间.结果表明:第Ⅲ脆性温度区脆化的主要原因是奥氏体单相区低温域钢中Cu、As和Sn等残余元素在奥氏体晶界的偏聚削弱晶界结合能,导致试样沿晶脆性断裂;奥氏体和铁素体两相区在原奥氏体晶界析出的网状铁素体导致试样沿晶开裂.钢中的Cu、As和Sn元素增加第Ⅲ脆性温度区的宽度和脆性凹槽的深度,同时提高第Ⅲ脆性温度区的上限临界温度.     

D667不锈钢丝深加工过程中的断裂行为

通过光学显微镜和扫描电镜对D667不锈钢丝断裂试样进行金相组织和断口形貌观察、夹杂物分析,探究断裂形成的原因。结果表明:D667原料试样金相组织为奥氏体,拉拔后在晶粒内部出现大量的交错滑移带,强度增加,韧性下降;D667不锈钢丝在服役过程中出现了脆性断裂和韧性断裂,断裂试样组织存在形变孪晶和针状马氏体等异常相;脆断试样中夹杂物尺寸较大且为钙基和铝基化合物,空洞择优在夹杂物附近形核,微裂纹形核后、迅速长大并连接诱导脆断。韧断试样中缩孔群尺寸较大,导致基体不连续,服役中向外扩展长大,形成韧断。     

一种高锰奥氏体钢组织和力学性能

研究了高锰奥氏体钢在室温及100℃条件下拉伸变形过程中组织变化.结果表明,高锰奥氏体钢在不同的拉伸变形条件下均产生了明显的塑性变形诱发马氏体相变(TRIP)效应,获得了较大的延伸率(60%～70%)和较高的抗拉强度(500～700 MPa).在10-3～10-1/s级别的初始应变速率范围内,实验钢对流变应力几乎不存在应变速率的敏感性.随着应变速率的增加,强度和塑性变化不大,由于该钢具有较好的综合机械性能,有望作为新一代高强度、高塑性汽车用钢.     

10Cr21Mn16NiN高锰氮奥氏体不锈钢组织与性能研究

研究了固溶处理温度对热轧态10Cr21Mn16NiN高锰氮奥氏体不锈钢微观组织、力学性能和腐蚀性能的影响,并进一步揭示了该材料的低温韧脆转变行为。结果表明,随着固溶温度的升高,屈服强度和抗拉强度逐渐降低,而延伸率和耐腐蚀性能逐渐增大。这是因为高温固溶促进了热轧阶段形成的有害相重新溶解,从而消除析出相对性能带来的不利影响。10Cr21Mn16NiN钢在低温冲击载荷下表现出明显的韧脆转变行为,韧脆转变温度在-110℃附近,高于-110℃可以获得强度与韧性的良好配合。     

铬对高锰奥氏体钢相结构的影响

研究了铬加入高锰奥氏体钢中后，原奥氏体高锰钢组织中出现的一种新相。用Ｘ射线衍射分析确定，该相为Ｆｅ－Ｃｒ超结构相，即铬元素与奥氏体形成有序固溶体。由于铬的加入，使高锰奥氏体钢强化机制发生改变。     

压缩螺旋弹簧的断裂分析

通过以观察断口的宏观痕迹，微观形态以及金相组织，并辅以测定表面宏观残余应力，硬度梯度等试验，对一动力机械上的圆柱形压缩螺旋弹簧的断裂原因进行细致的分析。结果表明，此批弹簧断裂是由磨削加工不当在磨剂面下亚表层产生了氢致沿晶开裂带，弹簧服役承载时在正应力的作用下发生了氢滞后脆性断裂，改进磨削了工艺后弹簧脆断现象完全消除。     

不同状态9％Ni钢低温强韧性研究

文章通过系列温度下3种试样形式的拉伸试验及冲击韧性试验研究了经调质处理(QT处理)及亚温淬火处理(intercritical heat treatment,IHT)的2种状态9%Ni钢的强韧性变化规律。结果表明:IHT态试样强度基本上高于QT态,低温下IHT态试样的N_(bⅡ)、C_(bⅠ)、C_(bⅡ)大于QT态试样的;IHT态试样具有更高的低温冲击韧性;IHT态9%Ni钢具有更佳的强韧性匹配归因于其组织更加细小均匀,且逆转变奥氏体含量增多,分布更加均匀弥散;缺口(裂纹)敏感系数、缺口(裂纹)强度相对降低系数可用来定量表征缺口(裂纹)试样低温脆断抗力的大小,为进一步研究评价材料的低温断裂抗力指标奠定了基础。     

热模钢中碳化动态析出与高温塑性的定量研究

研究了碳化物在热变形过程中的动态析出量与钢的高温塑性、晶内强度的定量关系。结果表明：晶内强度随碳化物动态析出量的增加而上升，高温塑性随之而降低。其脆化机制是晶内强度的上升加剧了晶界的热变形，从而导致显微裂纹在晶界上形核长大，最终呈；现低塑性沿晶断裂。     

热模钢中碳化物动态析出与高温塑性的定量研究

研究了碳化物在热变形过程中的动态析出量与钢的高温塑性、晶内强度的定量关系。结果表明：晶内强度随碳化物动态析出量的增加而上升，高温塑性随之而降低．其脆化机制是晶内强度的上升加剧了晶界的热变形，从而导致显微裂纹在晶界上形核长大，最终呈现低塑性沿晶断裂。     

N含量对高锰奥氏体TWIP钢高温氧化行为的影响

通过恒温氧化增重实验和扫描电镜观察及XRD分析,研究了N含量对高锰奥氏体孪晶诱发塑性(TWIP)钢的高温氧化动力学过程及氧化产物的影响。结果表明:随着钢中N含量的增大,高锰奥氏体TWIP钢在高温氧化时形成的氧化层致密度提高,减少了氧化层两侧原子的扩散通道,阻碍了氧化反应的进行,可有效提高其耐高温氧化性。另外,N含量对氧化层的相组成也具有显著的影响。     

钒、氮含量对高强度热轧钢板微观组织和强韧性的影响

采用VN16和FeV80两种钒微合金化方式冶炼了4种不同钒、氮含量的试验钢，研究了钒、氮含量对高强度热轧钢板微观组织和强韧性的影响。结果表明，试验钢的微观组织均为铁素体+珠光体，在氮含量很低的情况下，钒微合金化钢的铁素体晶粒较粗大，增钒虽能细化铁素体晶粒，但细化程度并不大；钒氮微合金化钢的铁素体晶粒较细小，增氮能明显细化铁素体晶粒，氮含量越高，细化程度就越大，氮含量是影响铁素体晶粒细化的主要因素。在钒微合金化钢中，第二相颗粒主要在铁素体中析出，起到强烈的析出强化作用，细晶强化作用相对较弱，造成增钒时钢的强度明显提高，而韧塑性有所降低；在钒氮微合金化钢中，增氮能有效促进第二相颗粒在奥氏体中的析出，明显增强钒的细晶强化作用，减弱析出强化作用，使钢的强度得到提高的同时，韧塑性也有所提高，氮含量越高，这种强化效果就越显著。     

06Ni9钢应变时效行为对其力学性能的影响

研究了06Ni9钢经过不同预应变后、在不同温度时效不同时间其应变时效行为对力学性能的影响。结果表明,06Ni9钢在低预应变量条件下(2.5%),应变时效行为明显,但微观组织变化不大,其强度和韧性仍能满足服役要求。主要原因是固溶于基体的C、N间隙原子浓度较低,加之低温服役,原子短程扩散困难,导致Cottrell气团不易形成。06Ni9钢-196℃时效,其组织中的部分逆转奥氏体转变成了孪晶马氏体,增强了逆转奥氏体的均匀性和稳定性,从而提高了强度,改善了低温韧性。     

低温奥氏体钢韧度计算设计

研究了低温奥氏体钢的韧脆转变规律和三个重要特征参数：室温冲击韧度A^300KV,韧脆转变温度和韧脆转变曲线斜率Kc，根据实验结果，经计算机处理得到定量计算式：A^300KV=f(Me),AKV(J)=A^300KV^exp[-B(300-TK/300)^2]，B是合金元素和温度的函数，经验证，计算结果是满意的，可应用于低温奥氏体钢的冲击韧度计算和设计。