摘要
0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢因其较高的强韧性，焊接性和耐腐蚀性等优点，被广泛用于水利机械、航空航天、石油天然气等领域的结构件。由于0Cr16Ni5Mo低碳马氏体不锈钢的组织中会存在一定的δ铁素体，高温下δ铁素体与高温奥氏体基体变形能力不同，导致工件在锻造过程中发生开裂现象。本文针对此问题对0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢开展了 N合金化研究，以提升其综合性能。实验获得了氮质量百分数分别为0.008%、0.036%、0.051%的三种试验钢，通过Thermo-Calc、SEM、TEM、XRD等测试手段，研究 N含量对0Cr16Ni5Mo马氏体不锈钢组织和性能的影响，并通过热模拟对试验钢热加工性能进行研究。主要研究结果如下： (1)通过Thermo-Calc和Formastor-FⅡ对试验钢相变点进行测试，发现N含量的增加，降低了试验钢奥氏体转变温度和马氏体转变温度；通过对不同淬火温度下试验钢晶粒尺寸进行研究，发现随着淬火温度升高，试验钢晶粒尺寸变大， N含量的增加有效地抑制了高温下试验钢的晶粒尺寸；通过对试验钢中的δ铁素体面积百分比进行统计，发现随着 N含量的增加，δ铁素体面积百分比下降，N抑制了试验钢中δ铁素体的产生。 (2)通过对试验钢的淬火态组织和回火态组织进行研究，发现含 N量为0.036%和0.051%的试验钢中，δ铁素体周围均有碳化物的产生，且该碳化物存在于回火温度低于525℃时的回火组织中；N含量的增加显著提高了材料的抗拉强度，且对回火温度高于525℃试样的冲击韧性影响不大；含 N量为0.036%试验钢450℃回火组织中有(Cr,Mo)2C的存在，降低了其冲击韧性；含 N量为0.036%、0.051%钢中第二相除碳化物外还有氮化物的析出。 (3)通过高温金相观察试验钢实验热处理制度下的组织演变，发现含 N量为0.036%、0.051%钢中均有偏析的存在，且在含N量为0.036%试验钢中尤为严重；对试验钢的淬火试样和回火试样的残余奥氏体体积分数和形貌进行观察，发现 N含量的增加使得试验钢中残余奥氏体含量增加，试验钢中残余奥氏体形貌主要是薄膜状和块状。 (4)通过对试验钢进行变形温度为800~1100℃，变形温度0.01~10s-1，真应变为0.9的高温热变形研究，发现N含量的增加，使得试验钢在相同热变形条件下，流变应力值增加；对试验钢的本构方程进行模型构建，以优化的双曲正弦模型获得三种试验钢的本构方程；对试验钢进行热加工图的绘制，确定三种试验钢热加工工艺参数，发现 N含量的增加对热加工工艺要求更加严格。
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