氮是一种强奥氏体稳定剂，在不明显降低延性的情况下是一种更有效的固溶强化剂，并且在奥氏体钢种溶解性比碳好。此外，氮的利用可使其有可能替代不锈钢中的镍。虽然一些高氮奥氏体钢是面芯立方结构，但由于低温下通常的脆性断裂使它们表现出韧性-脆性转变。所以，了解用于越来越多的低温应用的高氮奥氏体钢的韧性-脆性转变非常具有技术上的重要性。
虽然通过降低韧性-脆性转变温度（DBTT）可达到铁素体钢中晶粒细化使强度增加的效果，但另一方面，对晶粒细化对高氮奥氏体钢的DBTT的影响又有争议。所以，韩国材料科学研究院的科研人员研究目的是搞清晶粒尺寸对高氮奥氏体钢韧性-脆性转变行为的影响。
试验用的18Cr-13Mn-0.5N高氮钢钢锭是在1.8bar氮气压力下真空感应熔炼的。通过不同的退火温度和时间制备了三个不同晶粒尺寸的试样。化学成分和晶粒大小见表1和表2。用伺服-液压力学测试机（型号：Instron5882）在-60～+20℃（室温）的环境下以5mm/min的滑块速度进行拉伸试验。在不同温度下对具有10mm×10mm×55mm尺寸的标准V形缺口试样进行夏氏冲击试验。为了减少数据整理中的误差用双曲线正切曲线拟合法对按试验温度的函数所绘制的吸收能曲线进行回归分析。根据回归分析所获得的数据，测定上“高源”能（最大的延性冲击能）和DBTT。夏氏冲击试验后，用场致发射扫描电子显微镜（FE-SEM）（型号：JSM-7001F）检测缺口表面。不同晶粒尺寸的钢试样的拉伸性能和夏氏冲击性能汇总于表2。
表1 试验钢的化学成分（wt.%）
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C |
Si |
Mn |
P |
S |
Ni |
Cr |
Mo |
N |
|
0.067 |
0.49 |
13.15 |
0.005 |
0.008 |
0.46 |
17.96 |
0.28 |
0.497 |
表2 室温拉伸性能和夏氏冲击性能
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退火处理 |
晶粒尺寸 （μm） |
室温拉伸性能 |
夏氏冲击性能 |
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温度（℃） |
时间（h） |
屈服强度 （MPa） |
拉伸强度（MPa） |
均匀延伸（%） |
总延伸（%） |
DBTT （℃） |
USE（J） |
|
|
1050 |
1 |
59 |
509 |
860 |
51 |
64 |
-80.7 |
239 |
|
1200 |
1 |
80 |
481 |
819 |
50 |
62 |
-82.1 |
221 |
|
1200 |
24 |
173 |
428 |
658 |
39 |
45 |
-96.7 |
190 |
试验结果表明：在高氮Cr-Mn奥氏体钢中，晶粒尺寸的降低可促进屈服应力随温度降低而增加，可能是因为在低温下晶界与氮产生强烈的相互作用。这样，根据温度和屈服应力及断裂应力之间的关系，可以断定因为细化晶粒提高了DBTT，所以晶粒细化对高氮奥氏体钢的韧性-脆性转变行为没有影响。（心远）
