無(wú)磁鉆鋌用0Cr19Mn21Ni2N奧氏體不銹鋼800℃等溫時(shí)效析出機(jī)制

無(wú)磁鉆鋌是當(dāng)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(jìn)壓力及提高鉆柱剛度，同時(shí)為隨鉆測(cè)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(wú)磁鉆鋌用材料主要為Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼（無(wú)錫不銹鋼板）。通過(guò)固溶較高含量的N元素和足夠的形變強(qiáng)化加工過(guò)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(wú)錫不銹鋼板）的力學(xué)性能，同時(shí)顯著提高耐蝕性。另外，由于N是強(qiáng)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(duì)高氮奧氏體不銹鋼（無(wú)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(duì)無(wú)磁鉆鋌用0Cr19Mn21Ni2N奧氏體不銹鋼（無(wú)錫不銹鋼板）中碳氮化物的析出規(guī)律和機(jī)制研究對(duì)實(shí)際熱加工過(guò)程具有重要的意義。 

　　試驗(yàn)用材料0Cr19Mn21Ni2N采用50kg加壓感應(yīng)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(kāi)鍛溫度1150℃，終鍛溫度1050℃。再切取10mm×10mm×10mm金相預(yù)磨試樣，其化學(xué)成分為（質(zhì)量分?jǐn)?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(guò)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(jìn)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(jìn)行等溫時(shí)效，保溫10～240min后水冷。 

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

　　結(jié)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(shí)效過(guò)程中，當(dāng)時(shí)效時(shí)間為10～60min時(shí)，晶界上較高濃度的C元素偏析、較大的晶格錯(cuò)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(xué)和動(dòng)力學(xué)條件；隨著時(shí)效時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，由于碳化物M23C6的較多析出導(dǎo)致該析出區(qū)域C元素逐漸貧化，M23C6析出的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件逐漸受到抑制，氮化物Cr2N開(kāi)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(zhǎng)大，其生長(zhǎng)方向與奧氏體晶格取向具有固定的位向關(guān)系。