無磁鉆鋌用0Cr19Mn21Ni2N奧氏體不銹鋼800℃等溫時效析出機制

無磁鉆鋌是當今油氣田鉆采裝備重要組成部分，其作用是為鉆頭提供鉆進壓力及提高鉆柱剛度，同時為隨鉆測量裝置提供必要的磁屏蔽環(huán)境，以保證深度鉆探的垂直精度。目前無磁鉆鋌用材料主要為Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼（無錫不銹鋼板）。通過固溶較高含量的N元素和足夠的形變強化加工過程，能夠在不損害塑韌性的情況下明顯提高奧氏體不銹鋼（無錫不銹鋼板）的力學性能，同時顯著提高耐蝕性。另外，由于N是強烈形成并穩(wěn)定奧氏體的元素，因此以N代Ni可以顯著降低原材料成本。由于材料成分，尤其是C、N元素含量對高氮奧氏體不銹鋼（無錫不銹鋼板）中碳氮化物的析出規(guī)律有較大的影響，因此對無磁鉆鋌用0Cr19Mn21Ni2N奧氏體不銹鋼（無錫不銹鋼板）中碳氮化物的析出規(guī)律和機制研究對實際熱加工過程具有重要的意義。 

　　試驗用材料0Cr19Mn21Ni2N采用50kg加壓感應爐冶煉成鋼錠，鍛成40mm×40mm方棒，為保證鍛后為奧氏體組織，鍛前在1200℃保溫2h，開鍛溫度1150℃，終鍛溫度1050℃。再切取10mm×10mm×10mm金相預磨試樣，其化學成分為（質量分數(shù)，%）：C0.06，Mn21.67，Cr19.40，Ni2.14，Mo0.68，N0.74，Si0.22，P0.0085，S0.012。 

　　為防止試樣在高溫固溶處理過程中發(fā)生氧化和脫碳，將試樣密封在充滿氬氣的石英玻璃管內(nèi)進行1150℃×30min固溶處理。由于在TTP曲線中發(fā)現(xiàn)析出的鼻尖溫度在800℃左右，因此選擇在800℃進行等溫時效，保溫10～240min后水冷。 

　　通過Thermo-Calc軟件對該鋼的平衡相圖以及在800℃下各相的體積分數(shù)進行計算。通過OlympusGX51型光學顯微鏡對析出相顯微組織進行觀察。然后通過日立S4300型掃描電鏡對析出相形態(tài)進行觀察及能譜分析。為了對析出相類型進行確認，用電解雙噴減薄法制備薄膜試樣，通過透射電鏡確認析出相類型。 

　　結果表明：第二相碳化物、氮化物析出的成分、種類、分布隨局部C元素貧化而發(fā)生變化。在800℃等溫時效過程中，當時效時間為10～60min時，晶界上較高濃度的C元素偏析、較大的晶格錯配能和畸變能為M23C6首先在晶界位置形核并形成連續(xù)析出顆粒提供充足的熱力學和動力學條件；隨著時效時間進一步延長，由于碳化物M23C6的較多析出導致該析出區(qū)域C元素逐漸貧化，M23C6析出的熱力學和動力學條件逐漸受到抑制，氮化物Cr2N開始在晶界析出的M23C6碳化物附近形核。隨后，片層狀Cr2N逐漸在相鄰晶粒內(nèi)長大，其生長方向與奧氏體晶格取向具有固定的位向關系。