【技術前沿】含氮奧氏體不銹鋼加工硬化行為的溫度相關性

SUS316L和SUS310S等穩(wěn)定奧氏體不銹鋼，即便在液氮環(huán)境（77K）下，也具備充足的延性和韌性。添加氮元素對提升這類鋼的強度十分有效。之前研究發(fā)現(xiàn)，添加氮會抑制位錯的交叉滑移，并促進平面位錯陣列的形成。在平面位錯陣列中，同一陣列里堆積的位錯所產(chǎn)生的背應力會阻礙后續(xù)位錯的移動，進而顯著提高加工硬化速率。一般來說，奧氏體不銹鋼的層錯能（SFE）會隨溫度降低而減小，這會使位錯交滑移的頻率和位錯回復速率降低，相對地導致位錯密度增加以及加工硬化速率上升。之前曾有報道稱，高氮奧氏體鋼的加工硬化率也呈現(xiàn)出溫度相關性。然而，由于在室溫下氮的添加已經(jīng)抑制了交叉滑移的形成，所以這種溫度相關性的原理無法用層錯能降低來解釋。為了明確這一現(xiàn)象，本研究進行了位錯結(jié)構觀察、位錯密度分析，以及通過EBSD-Wilkinson方法進行局部彈性應變分析。

將SUS310S在氬氣氛圍中1473K下固溶處理20h（基礎鋼）。此外，把SUS310S在氮氣分壓為0.033MPa的氣體氛圍中1473K下進行固溶滲氮處理20h（高氮鋼），其氮含量為0.46mass%。對這些試樣分別在室溫（298K）、低溫（201K）和深低溫（77K）下進行拉伸試驗。利用掃描電鏡-電子通道襯度成像（SEM-ECCI）對位錯進行觀察，并通過掃描電鏡-電子背散射衍射（SEM-EBSD）測定晶體取向。

根據(jù)高氮鋼在293K、201K和77K下的真應力、加工硬化速率與真應變的關系曲線，在整個應變范圍內(nèi)，加工硬化速率隨溫度降低而增加，這與之前對基礎鋼的研究結(jié)果不同，基礎鋼的加工硬化速率僅在高應變范圍內(nèi)才會增加。通過觀察高氮鋼在293K和77K下拉伸應變?yōu)?%時的SEM-ECCI圖像發(fā)現(xiàn)，與基礎鋼中位錯隨機分布不同，在這兩種溫度下，高氮鋼在3%應變時均形成了平面位錯陣列。X射線衍射線形分析表明，位錯密度隨溫度降低而增加，這意味著堆積位錯的數(shù)量和背應力應該會增加。此外，后續(xù)還有必要討論由堆積位錯產(chǎn)生的局部彈性應變（與背應力相對應）的溫度相關性。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。