03Cr16Mn14Mo2N奥氏体不锈钢

含氮奥氏体不锈钢具有强度高、加工硬化能力强、疲劳性能和耐腐蚀性好等优点，在交通、建筑、电力、原子能、军事工业等许多重要领域得到了广泛的应用。在核电站等领域服役时，奥氏体不锈钢部件会暴露在热循环环境下，承受热应力的作用而产生热疲劳效应，因此，对含氮奥氏体不锈钢热疲劳性能的研究具有重要的应用价值。为此，研究人员以开发的含氮量为0.75%的03Cr16Mn14Mo2N奥氏体不锈钢为研究对象，在不考虑外加应力的条件下，采用自约束热疲劳试验法在不同上限温度下对该钢进行了热疲劳试验，观察了裂纹的萌生和扩展，研究了其热疲劳性能，为今后的实际应用提供参考。
试验所用03Cr16Mn14Mo2N奥氏体不锈钢委托国内某单位冶炼，其化学成分（质量分数，%）为：C0.0350、Si0.158、Mn14.96、P0.0233、S0.0162、Cr16.94、Mo2.56、Ni1.65、N0.75、Fe余量。将试验钢锻坯在SXZ-10-13型箱式电阻炉中进行1050℃×1h水冷固溶处理，固溶处理后该钢的晶粒度为7级。在固溶处理后的试验钢上线切割出热疲劳试样，在LRP2000型冷热疲劳试验系统上进行热疲劳试验。试样由扁形夹具固定，通过传动装置上下运动，循环温度为由室温分别升至400、500、600、700、800℃五个上限温度，当达到上限温度后保温120s，随后浸入循环冷却水，时间为15s，入水深度为（20±2）mm。由室温升至上限温度再冷却至室温为一次热循环，热循环到规定次数后将试样取下，在DM2500M型光学显微镜下观察裂纹萌生或扩展情况，并记录V型缺口处的裂纹长度。试验结果表明：
（1）随着热循环试验上限温度的升高，03Cr16Mn14Mo2N奥氏体不锈钢中热疲劳裂纹的孕育期缩短，裂纹扩展速率增大；裂纹扩展初期的扩展速率较大，达到一定循环次数后，扩展速率降低。
（2）随着上限温度的升高，试验钢V型缺口处的裂纹扩展至0.5mm时所需的热疲劳循环次数显著降低。
（3）试验钢中的热疲劳裂纹在V型缺口处优先萌生，随循环次数的增加，晶界也会成为裂纹源，裂纹的扩展方式主要为沿晶界扩展。