热处理对不同氮含量316L不锈钢组织及力学性能的影响

316L不锈钢为00Cr17Ni14Mo2超低碳钢，比0Cr17Ni14Mo2韧性和耐酸性好，具有好的耐晶间腐蚀性，有良好的综合性能和工艺性能，是目前应用较为广泛的奥氏体不锈钢。但此钢在450～850℃停留在氯化物中易引起晶间腐蚀，所以应进行固溶处理以保证其耐腐蚀性能。加入氮会提高316L奥氏体不锈钢中奥氏体相稳定度，减少其在高温下σ铁素体的形成；经过固溶强化来提高强度，但会使层错能降低，产生α马氏体，降低韧性。为此，科研人员将不同氮含量316L不锈钢在不同固溶温度下进行实验研究，通过分析其在不同固溶温度下的组织、力学性能及冲击断口，探究固溶温度的变化所产生的影响，为改善316L的应用和生产提供有力的依据。
    实验用钢为真空感应熔炼，其主要化学成分见表1。试样经锻造及热轧被制成宽110mm、厚12mm的板材。
    表1  不同氮含量316L不锈钢的化学成分（质量分数%）

 在两种化学成分的316L不锈钢热轧板材上取样，设固溶温度分别为950、1000、1050、1100和1150℃，保温40min后水冷。金相腐蚀为1gKMnO4＋98mLH2O＋10mLH2SO4混合溶液，采用50℃水浴锅加热腐蚀，时间90min。析出物观察腐蚀选用5gCuCl2＋25mLCH3CH2OH＋30mLHCl配比的混合溶液。在金相显微镜上进行晶粒度观察，并通过配套的SiscIAS8.0金相分析软件对晶粒尺寸评级，采用S-4300冷场发射扫描电镜对断口及析出物进行观察和分析。结果表明：
   （1）316L不锈钢晶粒尺寸受固溶温度的影响，固溶温度过高加速晶粒长大，晶粒尺寸随固溶温度升高而逐渐增加，而晶粒过大会导致其加工及使用性能变差，可以通过氮的加入来控制316L固溶处理晶粒度的增长。
   （2）随固溶温度升高，316L不锈钢抗拉强度和屈服强度都减小，不同氮含量的316L不锈钢在不同固溶温度处理后均具有优良的塑性变形能力。
   （3）不同氮含量的316L不锈钢在固溶处理后冲击断口均为塑性韧窝状形貌，韧窝存在块状夹杂物或第二相粒子并且底部有明显的涟波滑移痕迹，316L冲击试样断口呈韧窝状，而316LN的冲击断口则大部分为沿晶断口，层部为韧窝状断口，说明此钢具有良好的抗冲击性能。