2013年--外文翻譯--無鎳奧氏體高氮不銹鋼熱變形及組織演變（譯文）

1、<p>　　中文3915字,2500單詞，13300英文字符</p><p>　　出處：Erisir E, Prahl U, Bleck W. Hot Deformation Behavior and Microstructural Evolution of a Nickel-Free Austenitic Steel with High Nitrogen Content[J]. Metallurgic

2、al and Materials Transactions A, 2013, 44(12): 5549-5555.</p><p>　　無鎳奧氏體高氮不銹鋼熱變形及組織演變</p><p>　　ERSOY ERISIR, ULRICH PRAHL, WOLFGANG BLECK</p><p>　　在本論文中，微觀結(jié)構(gòu)對無鎳高氮奧氏體鋼DIN EN1.4452熱延展

3、性的影響進行了研究。相變和沉淀模擬以及實驗通過顯微組織確定。通過熱拉伸和壓縮測試來模擬溫度1173 K和1573 K（900℃和1300℃）之間的熱變形。熱拉伸試驗測定高溫屬性。采用熱壓縮試驗研究.溫度對熱變形開裂敏感性的影響.。結(jié)果表明，溫度由1423 K升至1523 K（1150℃至1250℃）具有更好的高溫延性，由于動態(tài)再結(jié)晶在該溫度范圍內(nèi)熱延展性增加取決于晶粒細化。</p><p>　　DOI：10.10

4、07/s11661-013-1893-6</p><p>　　©礦物，金屬和材料學會和ASM國際2013</p><p><b>　　I. 引言</b></p><p>　　無鎳高氮不銹鋼（HNSS）是醫(yī)療應用首選的材料。[1-3]氮可以大大提高點蝕和應力腐蝕開裂性能，并使奧氏體穩(wěn)定化[4-6]。除了這些優(yōu)點，氮合金可以替代高成本

5、的鎳合金。[7,8]眾所周知鎳會引起過敏反應和癌癥。[4]</p><p>　　無鎳的HNSS腐蝕性，力學和摩擦學性能已經(jīng)在最近幾年深入的研究[9-12]與317L不銹鋼相比，無鎳HNS的成分相容性比較好。[9]無鎳HNSS也有較高的疲勞極限并且提高了摩擦學性能。[10，11] 無鎳HNS有可能可作為常規(guī)的醫(yī)療不銹鋼[12]的一種可靠的替代品。</p><p>　　σ相和Cr氮化物的

6、出現(xiàn)會降低材料的斷裂韌性和耐腐蝕性。[6]析出物也可能影響高溫性能。HNSS的一個嚴重問題是熱加工時的裂紋敏感性。[13,14]在加熱和熱變形處理的過程中缺乏熱變形過程和相變數(shù)據(jù)[15]，在很大程度上限制了HNSS的使用。</p><p>　　在目前的研究中，對一級X13CrMnMoN18-14-3高氮鋼在高溫下微觀結(jié)構(gòu)和變形特性進了研究。熱力學計算和均質(zhì)化退火實驗來確定相變和沉淀。熱拉伸和壓縮試驗在變形溫度為1

7、173 K至1573 K（900℃至1300℃）之間進行的模擬熱變形。</p><p>　　ERSOY ERISIR，助理教授，是冶金與材料工程科賈埃利大學亞琛工業(yè)大學德國，Kocaeli,，土耳其，并與鋼鐵冶金部，亞琛。聯(lián)系郵箱：eerisir@ gmail.com ULRICH PRAHL，組長，WOLFGANG BLECK，教授，黑色冶金亞琛工業(yè)大學黑色冶金系</p><p>　　

8、稿件提交2011年5月30日。 </p><p>　　文章在網(wǎng)上公布2013年7月23日</p><p><b>　　II. 實驗程序</b></p><p>　　奧氏體級X13CrMnMoN18-14-3高氮鋼的化學組成列于表Ⅰ。圖1顯示了400平方毫米的鑄錠中奧氏體和Cr2N在晶界處的顯微組織。</p><p>　

9、　圖2中，熱拉伸和壓縮的樣品，是從鋼錠加工和預退火的爐中，開發(fā)出的一種鍛造工業(yè)緊密的表面質(zhì)量。在1423 K（1150℃）下，在5體積百分比的N2和95體積百分比的二氧化碳的混合氣體的冷卻中，進行預退火2小時。</p><p>　　使用熱Calc軟件通過TCS鋼鐵數(shù)據(jù)庫進行[16,17]。該熱Calc軟件為穩(wěn)定的組織計算最低吉布斯自由能，適用于各種實驗熱力學數(shù)據(jù)，如化學勢，焓，相界，和元素溶解度的功能所考慮的階段

10、。計算的目的是要預測相平衡的各種溫度，另外，我考慮了表中的所有元素。</p><p>　　在Bähr DIL805 塑料膨脹儀進行均勻化退火，評估沉淀和相變。膨脹計試驗用尺寸為5毫米直徑和10毫米長度的標準試件。在1273 K，1373 K和1473 K（1000℃，1100℃，1200℃）下，對樣品進行退火15分鐘，然后用200和0.003 K /秒冷卻速度進行冷卻。對樣品進行金相制備。常規(guī)金相試樣進

11、行制備，并且使用V2A溶液進行腐蝕。掃描電子顯微鏡連接的能量色散X-射線系統(tǒng)，牛津系列ISIS，用來觀察第二相顆粒的形態(tài)，并分析其化學組成。此外，金相觀測用光學顯微鏡（LM）進行金相觀測。拉伸樣品縱向剖面也用LM觀測。</p><p>　　在申克熱變形仿真器中進行熱拉伸試驗。拉伸試樣的結(jié)果如圖2（a）所示。拉伸樣品以5 K / s的速率加熱至1523 K（1250℃）并在該溫度下保持15分鐘。變形溫度范圍為117

12、3 K和1573 K（900℃和1300℃）之間。溫度 - 時間循環(huán)示于圖3。在樣品以50 K / s的冷卻速度冷卻至室溫之前，在測試過程中施加1s-1的形變速率。加熱至1573 K</p><p>　　表I.化學成分（重量百分比）</p><p>　　X13CrMnMoN18-14-3鋼 </p><p>　　DIN No C Mn Cr Mo

13、 Ni Cu Nb N</p><p>　　1.4452 0.070 12.37 16.1 3.26 0.12 0.04 0.008 0.800</p><p>　　圖1 - 微觀高氮鋼X13CrMnMoN18-14-3的融合情況</p><p>　　圓柱形樣本進行熱拉伸的2 - 示意圖（a）和壓縮（b）試驗。</p><p&

14、gt;　　5550卷44A，2013年12月</p><p>　?。?300℃）之后進行拉伸試驗，余下的實驗在溫度保持在1523度（1250℃）后進行，氬氣被用作保護和冷卻氣體。用熱電偶點焊</p><p>　　試樣的表面，測量并且控制溫度在±5 K之間。通過拉伸試驗，還原最大負載及區(qū)域（RA）進行測定，繪制為測試溫度的函數(shù)來確定的熱變形性。拉伸試驗后的拉伸試樣示于圖4。<

15、/p><p>　　熱壓縮試驗是用一申克熱變形模擬器在圖2中的圓筒形套環(huán)樣品（b）所示的不同變形度高達裂紋上進行的。目的是確定一個鍛造窗口。選擇套環(huán)樣品是因為其局部裂紋敏感性，從而鑒定裂化位置減少實驗工作。熱壓縮試驗，在溫度1173 K至1573 K（900℃至1300℃）以1s-1的應變速率進行。熱電偶點焊在試樣的表面用于測量和控制溫度。在熱壓縮試驗開始時，從拉伸試驗的結(jié)果選擇變形的初始度。用體式顯微鏡對套環(huán)樣品壓縮

16、的變形的初始度和表面裂紋進行檢查。如果裂紋不存在于套環(huán)樣品中，則變形程度增加，存在則減少。因此，測定變形的程度不會造成軸環(huán)樣品的裂紋。</p><p>　　圖3-測試條件為高溫拉伸試驗。</p><p><b>　　冶金與材料會刊A</b></p><p>　　圖4-經(jīng)過高溫拉伸試驗樣本。 </p><

17、p>　　氮 （w-%） 溫度 （℃） </p><p>　?。╝） (b)</p><p>　　圖-5熱力學計算的結(jié)果：（1）計算出的等值線及（b）相的質(zhì)量

18、分數(shù)為溫度的函數(shù)，示出了C，M2N，M6C，r和M23C6相的形成。</p><p><b>　　三。結(jié)果與討論</b></p><p><b>　　A.熱力學模型</b></p><p>　　Thermo-Calc軟件被用來預測相的存在性和穩(wěn)定性并估算相分數(shù)。圖5（a）是表示溫度和氮含量的函數(shù)的相穩(wěn)定性的等值線圖。圖中的

19、虛線diagramindicates表示關與對鋼組合物在這里使用氮氣量。在平衡狀態(tài)，根據(jù)計算，液體，鐵素體，奧氏體，M2N，M6C，r和M23C6進行了預測。在圖5（b）所示，給出相對溫度圖的計算的質(zhì)量分數(shù)。該圖表示在有沉淀M2N，可以對材料的性能產(chǎn)生不利影響的。金屬間r相可以沉淀最多的應用程序。10％重平衡在873度（600℃）。有少量的M6C和M23C6碳化物也在意料之中。</p><p><b>

20、　　B.微觀評價</b></p><p>　　在經(jīng)過一系列的同質(zhì)化退火之后，通過LM對組織演變進行了檢查。對樣品進行退火在1273 K，1373 K和1473 K（1000年C，1100 C，1200℃）15分鐘，然后驟冷，以200 K / s的冷卻速度。顯微組織示于圖6。正如在熱力學建模，M2N群在奧氏體晶界是在圖6中均化后，觀察到在1273 K（1000年4 C）（a）所示。較高溫度下，簇發(fā)生溶解

21、，如圖6（b）和（c）所示。Uggowitzer等人[8]也討論了Cr2N析出3厘含Mo無鎳高氮鋼。他們建議使用1353 K和1603 K（1080攝氏度和1130℃）之間的退火溫度，以得到沉淀的微結(jié)構(gòu)。圖7顯示了EDS分析的SEM顯微照片和樣品在1373度（1100℃）退火并緩慢冷卻來驗證M2N中的化學成分和集群。根據(jù)EDS分析，M2N具有大量的Cr以及鐵，鉬，錳，和N。</p><p>　　冶金與材料會刊A

22、 冶金與材料會刊A</p><p><b>　　C.熱變形行為</b></p><p>　　溫度對熱變形行為的影響是在圖8。延展性曲線表示隨著溫度從1173 K至1423 K（900℃至1150℃），在RA10增加至65厘

23、。溫度從1423 K至1523 K（1150℃至1250℃），在溫度導致延展性略有下降。</p><p>　　在較高溫度下，延展性下降到接近0％，報1573 K（1300℃）的值。如預期的那樣，隨著減少測試溫度最大負荷值增加。 圖9示出了一系列的1173 K和1573 K（900攝氏度和1300℃）之間測試斷裂樣品的橫截面的微觀結(jié)構(gòu)。微觀結(jié)構(gòu)是完全奧氏體。微觀結(jié)構(gòu)是完全奧氏體。在T<1323 K（10

24、50℃）測試拉伸試樣表現(xiàn)出粗粒度的奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。裂縫如下晶粒邊界的粗大的奧氏體。由于動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生，在1323 K和1523 K（1050攝氏度和1250℃）之間的較高溫度下，晶粒細化。這就解釋了隨著溫度的增加，熱延展性增加。溫度進一步上升導致部分在奧氏體晶界在1523 K（1250℃）融化。</p><p>　　根據(jù)目前的研究和我們以前的研究微觀評價，通過退火實驗從溫度低于1373 K（1100℃）緩慢冷卻

25、后可以觀察到[14] M2N形成。然而，斷裂的樣品的橫截面的微觀結(jié)構(gòu)表明，沉淀M2N中作為接收的狀態(tài)不再存在。圖。6 </p><p>　　圖-6。在同質(zhì)化（一）開氏1273度（1000℃），（二）1373 K（1100℃）， 圖-8。RA的溫度依賴性和以1/ s的應變速率最大負載。5552卷</p><p>　　以及（c）氏1473度（1200℃）后組織演變。

26、 </p><p>　　圖-7-SEM照片和M2N群[1373 K（1100℃）/15min/0.003 K / S]的EDS分析。 冶金與材料會刊A

27、 5552卷44A，2013年12月</p><p>　　圖-9斷裂面的在溫度1173 K和1573 K（900攝氏度和1300℃）之間的截面積的 顯微照片。</p><p><b>　　D.斷口</b></p><p>　　利用掃描電鏡熱對拉伸試樣斷裂面的RA最小和最大值進行了研究。在斷裂面上，

28、試樣裂縫在1223 K（950℃）顯示出平坦無特征的小面，如圖10（a）所示。換句話說，斷裂方式是沿晶粒邊界沿晶斷裂脫粘并導致試樣脆性斷裂。在圖10（b）中，1423 K（1150℃）斷裂的標本顯示酒窩型斷面和圓形腔。此外，縮頸拉伸試樣的過程中塑性變形隨著剪切變形相關的微孔成核和聚合出現(xiàn)。</p><p><b>　　E.熱壓縮試驗</b></p><p>　　甲鍛造

29、框可以由延性破裂的發(fā)生在給定的溫度來確定，由于廣泛的材料流動，</p><p>　　因而通過高度緊張區(qū)域內(nèi)的外觀表面裂紋，設置一個限制。圖11給出了變形與變形溫度的程度。另外，高溫延性曲線中給出了相同的圖來比較熱拉伸和壓縮試樣。</p><p><b>　　冶金與材料會刊A</b></p><p>　　上面的U型曲線，表面裂縫出現(xiàn)在壓縮采樣的領

30、口。樣本壓縮在溫度1423 K和1523 K（1150℃和之間的1250℃）表現(xiàn)出較高的變形。套環(huán)樣品可被無裂紋壓縮由0.4至0.5的變形程度。如在圖8中可以看出，兩種方法的熱延展性的反應非常相似。</p><p><b>　　四。結(jié)論</b></p><p>　　奧氏體不銹鋼X13CrMn-MoN18-14-3高氮鋼熱變形特性溫度范圍廣。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熱變形行為對溫度非

31、常敏感。</p><p>　　音量44A，十二月2013-5553</p><p>　　圖-10。拉伸試樣的斷裂面：（一）沿晶斷裂脫粘在1223K（950℃）及（b）穿晶斷裂在1423 K（1150℃）。</p><p>　　圖-11通過拉伸試驗臨界變形程度與RA進行比較。</p><p>　　主要結(jié)果可歸納如下：</p>&l

32、t;p>　?。?）根據(jù)熱力學建模和同質(zhì)化退火試驗，M2N相可沉淀在奧氏體基體。如果均質(zhì)化溫度高于1373度（1100℃），能夠避免M2N相的析出。</p><p>　?。?）最佳的熱變形特性被認為是在溫度從1323 K時范圍至1523 K（1050？℃至1250℃），其中的微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出動態(tài)再結(jié)晶。在低溫下，從1173 K至1273 K（900℃?1000℃）的熱變形??形成了粗粒奧氏體的微觀結(jié)構(gòu)導致較低的

33、RA值。M2N沉淀物不存在于斷裂拉伸樣品的微觀結(jié)構(gòu)。因為在熔晶界區(qū)域RA和最大負荷值分別為接近零在1573 K（1300℃）。</p><p>　　（3）通過掃描電鏡，根據(jù)1223度（950℃）的最低RA斷口觀察用表明樣品沿晶脆性斷裂。在較高溫度1423 K（1150℃），觀</p><p>　　5554卷44A，2013年12月</p><p>　　察到最大的RA

34、樣品隨著微孔形成韌性穿晶斷裂。</p><p>　?。?）熱壓縮試驗的結(jié)果與熱拉伸試驗的結(jié)果相一致。鍛造視窗顯示，沒有表面裂紋最高的變形程度在溫度1423 K和1523 K（1150℃之間和1250℃）被測定。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文是基于研究通過AIF（Arbeitsgemeinschaft ind

35、ustrieller Forschungsvereinigungen，奧托·馮·格里克''）成立由聯(lián)邦經(jīng)濟與技術部（BMWi）。作者感謝小組委員會'' Chemisch無敵¨ndige站¨HLE鋼院VDEh的''提供技術支持。</p><p><b>　　參考 </b></p><p&

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