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Fe24Mn、Fe22Mn、STS304高錳奧氏體鋼
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時(shí)間：2013-10-21
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對低溫用鋼的需求也在不斷增加。有的油井管和近海井架的服役環(huán)境達(dá)到219K（-54℃），有的液化天然氣（LNG）罐甚至達(dá)到110K（-163℃）。304和316不銹鋼是目前廣泛應(yīng)用的低溫合金，韌性較好，但屈服強(qiáng)度較低。新型高錳奧氏體鋼的研發(fā)為低溫環(huán)境提供了低成本、高屈服強(qiáng)度的材料。對有裂紋缺陷的周期性承載部件，其使用壽命取決于裂紋擴(kuò)展速率，因此關(guān)于低溫結(jié)構(gòu)合金疲勞裂紋擴(kuò)展（FCP）行為和S-N疲勞行為的研究具有重要意義。
韓國科研人員研究了Fe24Mn和Fe22Mn高錳奧氏體鋼的S-N疲勞和疲勞裂紋擴(kuò)展行為，并與STS304（Fe-1Si-2Mn-20Cr-10Ni）進(jìn)行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
1）當(dāng)溫度從298K降到110K（25℃到-163℃）時(shí)，各試樣的抗S-N疲勞性能顯著提高。正常S-N疲勞曲線×（屈服強(qiáng)度+抗拉強(qiáng)度）/2匯合為一條趨勢線，說明這些單相奧氏體鋼的抗S-N疲勞性能受最大抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度影響，在塑性變形過程中發(fā)生明顯的應(yīng)變硬化。
2）當(dāng)溫度為298K（25℃）時(shí)，F(xiàn)e24Mn試樣的ΔKth值最大，達(dá)到9.0MPa√m，然后分別是Fe22Mn試樣5.2MPa√m和STS304試樣4.6MPa√m。根據(jù)裂紋路徑和斷口金相分析顯示，單相奧氏體鋼的FCP臨界閾值受滑移平面程度影響顯著。
3）當(dāng)溫度為110K（-163℃）時(shí)，各試樣的FCP速率均明顯降低，尤其是在臨近ΔK的閾值時(shí)。與室溫下的FCP行為不同，STS304在該溫度下表現(xiàn)出最高的抗FCP性能，然后是Fe24Mn和Fe22Mn。
4）裂紋尖端的熱激活能隨溫度降低而減少，造成Fe24Mn和Fe22Mn試樣在高、低R速率和110K（-163℃）條件下的抗FCP性能提高。
5）隨著ΔK在110K（-163℃）溫度下不斷增加，裂紋尖端的大量塑性變形與熱應(yīng)力效應(yīng)相互抵消，而有益的低溫效應(yīng)則尚未大到維持Fe24Mn和Fe22Mn試樣在110K（-163℃）溫度下出色的抗FCP性能。
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