SUS316L和SUS310S等稳定奥氏体不锈钢,即便在液氮环境(77K)下,也具备充足的延性和韧性。添加氮元素对提升这类钢的强度十分有效。之前研究发现,添加氮会抑制位错的交叉滑移,并促进平面位错阵列的形成。在平面位错阵列中,同一阵列里堆积的位错所产生的背应力会阻碍后续位错的移动,进而显著提高加工硬化速率。一般来说,奥氏体不锈钢的层错能(SFE)会随温度降低而减小,这会使位错交滑移的频率和位错回复速率降低,相对地导致位错密度增加以及加工硬化速率上升。之前曾有报道称,高氮奥氏体钢的加工硬化率也呈现出温度相关性。然而,由于在室温下氮的添加已经抑制了交叉滑移的形成,所以这种温度相关性的原理无法用层错能降低来解释。为了明确这一现象,本研究进行了位错结构观察、位错密度分析,以及通过EBSD-Wilkinson方法进行局部弹性应变分析。
将SUS310S在氩气氛围中1473K下固溶处理20h(基础钢)。此外,把SUS310S在氮气分压为0.033MPa的气体氛围中1473K下进行固溶渗氮处理20h(高氮钢),其氮含量为0.46mass%。对这些试样分别在室温(298K)、低温(201K)和深低温(77K)下进行拉伸试验。利用扫描电镜-电子通道衬度成像(SEM-ECCI)对位错进行观察,并通过扫描电镜-电子背散射衍射(SEMEBSD)测定晶体取向。
根据高氮钢在293K、201K和77K下的真应力、加工硬化速率与真应变的关系曲线,在整个应变范围内,加工硬化速率随温度降低而增加,这与之前对基础钢的研究结果不同,基础钢的加工硬化速率仅在高应变范围内才会增加。通过观察高氮钢在293K和77K下拉伸应变为3%时的SEM-ECCI图像发现,与基础钢中位错随机分布不同,在这两种温度下,高氮钢在3%应变时均形成了平面位错阵列。X射线衍射线形分析表明,位错密度随温度降低而增加,这意味着堆积位错的数量和背应力应该会增加。此外,后续还有必要讨论由堆积位错产生的局部弹性应变(与背应力相对应)的温度相关性。