N含量對Mn18Cr18N奧氏體不銹鋼管析出行為及力學性能的影響

采用JmatPro軟件、OM、SEM和TEM方法研究了不同N含量對Mn18Cr18N奧氏體不銹鋼管沉降行為和力學性能的影響。因此，析出物主要為六方晶系Cr2N和少量M23C6，其中氮化物Cr2N優先沿晶界析出，然后以不連續的單元格方式生長成奧氏體晶粒。隨著N含量的增加，Cr2N氮化物的析出變得更加敏感，當N含量為0.7%時，Cr2N氮化物最敏感的析出溫度為750，孵育時間僅為10分鐘。在奧氏體晶界處形成粒狀，并與相鄰的奧氏體晶粒保持相同的取向關系。力學性能測試結果表明，Cr2N氮化物的析出對Mn18Cr18N奧氏體不銹鋼管的強度影響較小，但對塑性的劣化影響較大。時效后，Cr2N析出導致伸長率顯著下降，面積減小，伸長率從52.9%下降到27.7%，斷口形貌由韌性斷裂向脆性晶間斷裂和滲透轉變。 Cr2N氮化物晶體破壞。 TEM分析結果表明，固溶體試樣在拉伸變形過程中通過滑移和孿晶發生配位變形，表現出優異的塑性變形能力。時效后，位錯最終通過滑動和傳播在Cr2N 片層和粒狀M23C6 周圍積累，降低了Mn18Cr18N 奧氏體不銹鋼管的塑性變形能力。

高氮奧氏體不銹鋼管具有高強度、高韌性、優良的耐腐蝕性能、無磁性等綜合特性，因此被廣泛應用于核電站、石油化工、航空航天、海洋和醫療等領域[1,2] .大型發電機護環通常采用Mn18Cr18N奧氏體不銹鋼管生產，生產過程通常要經過鐓粗、沖孔、鉸孔和拉拔等幾個加熱變形過程[3]。當引入大量合金元素時，奧氏體不銹鋼管可以通過固溶強化達到更高的強度，但在長時間的生產過程中，會析出碳化物、氮化物和金屬間化合物，從而造成材料加工等成型問題。退化和鍛造裂紋[4]。

多項研究表明，高氮奧氏體不銹鋼管中的主要析出階段是氮化物Cr2N、少量碳化物（M23C6、M6C）和金屬間化合物（s，c）[5,6]。研究人員研究了316L(N) 奧氏體不銹鋼管的時效行為，發現M23C6 和s 是500600 C 溫度范圍內的主要沉淀相[7,8]。 M23C6通常沿晶界析出，同時與相鄰奧氏體晶粒保持相同的取向關系，形狀隨相鄰奧氏體晶粒取向差的變化而變化[9,10]。然而，由于奧氏體不銹鋼管成型和使用過程中的應力集中，晶界處的碳化物成為孔隙形核的優先位置，導致裂紋的萌生和擴展[11]。對于高N 含量的Cr-Ni 和Cr-Mn 奧氏體不銹鋼管，氮化物和碳化物同時存在。 Shi等[5]通過多次時效實驗和析出形貌觀察，得到Cr2N氮化物的析出鼻溫度為800，析出量隨著時效時間的增加而增加。 Cr2N 析出物的形狀也隨著時效過程發生變化，一般優先沿晶界形成，當晶界被重度覆蓋時，則長成不連續的氣泡作為晶粒[12,13]。大量氮化物析出使奧氏體不銹鋼管在變形過程中發生脆性晶間斷裂，損害奧氏體不銹鋼管的力學性能[14]。由于擋圈制造過程的性質，在加熱和成型過程中會產生大量的析出相，這會損害材料的成型性能。因此，本研究通過研究不同N含量奧氏體不銹鋼管的等溫時效析出行為，確定其對析出相類型、形貌和力學性能的影響，制定了奧氏體不銹鋼管的成型工藝。它提供了一個基本原理。