浙江至德鋼業有限公司對節鎳型高氮奧氏體不銹鋼進行固溶處理，通過控制加熱溫度和保溫時間，研究高氮奧氏體不銹鋼組織的變化規律。結果表明，800℃保溫1小時后微觀組織中出現混晶，在變形組織的晶界處產生細小的動態再結晶晶粒。在900～1050℃，隨溫度的升高，再結晶晶粒數量增多，尺寸增大。保溫時間的增長會導致晶粒逐漸長大。在1200℃保溫，晶粒尺寸從保溫0.5小時的70μm增長到保溫1h時的117μm，此時晶粒最為均勻。平均晶粒尺寸隨時間的變化呈拋物線增長，符合Beck方程:D－=105.1t0.45。并根據試驗得到試驗鋼的最佳熱處理方式為1050～1200℃保溫1小時。

 奧氏體鋼中氮含量大于0.4%時稱其為高氮奧氏體鋼，氮在鋼中可以代替鎳，起到穩定和擴大奧氏體區的作用，大大節約生產成本。此外，氮的加入在塑性和韌性不發生明顯降低的同時，提高鋼的強度;而且，隨著氮含量的增加，不銹鋼的耐點蝕和晶間腐蝕能力增強。因為擁有諸多優點，高氮奧氏體不銹鋼廣泛應用在海洋工程、汽車、發電機轉子護環等領域，受到科研工作者的廣泛關注，大量學者對它進行了深入的研究，并取得一定的成就。

 對于高氮鋼的生產工藝，國內外的學者已經進行了深入的探究，并取得了豐碩的成果，但是對節鎳型奧氏體不銹鋼在加熱過程中微觀組織的變化規律及機理，研究的相對較少。至德鋼業通過改變加熱溫度和保溫時間，研究節鎳型高氮奧氏體不銹鋼在不同熱處理條件下的組織和性能變化，并確定合適的固溶處理加熱制度。

一、試驗材料與方法

  1. 試驗材料

  以河鋼集團鋼研總院自行冶煉的高氮奧氏體不銹鋼為試驗材料，使用1噸非真空感應爐冶煉850kg的鑄錠，直徑為300mm，具體成分如表所示。鑄錠經電渣重熔處理后，鍛造成150mm×150mm方坯。在鍛件心部切取尺寸為20mm×20mm×20mm的試樣，進行試驗。

 2. 試驗方法

  為研究加熱溫度和保溫時間對試驗鋼晶粒尺寸的影響，以不同加熱制度對試驗鋼進行熱處理。放置在箱式電阻爐內以相同的功率分別加熱到800、900、950、1000、1050、1100、1150和1200℃，保溫1h后水淬冷卻;在1200℃分別保溫0.5、1、2、3、4和5小時，保溫結束后采用水冷淬火。將試樣去除表面氧化層，制備金相試樣，觀察試驗鋼微觀組織。

二、試驗結果與分析

 1. 加熱溫度對微觀組織的影響

 圖為試驗鋼在800～1200℃下保溫1小時的微觀組織。800℃保溫1小時后微觀組織出現混晶，在變形組織的晶界處產生細小的動態再結晶晶粒。部分區域變形量較大，滿足動態再結晶條件，會出現細小的再結晶晶粒;但是由于溫度相對較低，不能提供足夠的能量使再結晶晶粒長大，此溫度下動態再結晶晶粒數量較少，尺寸較小。900℃保溫1h，晶粒尺寸變化較小，但是由于溫度的升高，提供的能量更多，再結晶晶粒數量增加。在1000℃保溫1小時，晶粒更加均勻。1050℃保溫1小時后，晶粒尺寸變化不大，但是晶粒更加均勻，晶粒尺寸介于30～50μm之間。1100℃下保溫1小時后，再結晶晶粒尺寸長大趨勢明顯。

 各個溫度下晶粒尺寸分布如圖所示，從圖可看出，在低于1050℃保溫時，隨溫度的升高，直徑大于100μm的晶粒逐漸減少，小尺寸晶粒逐漸增加。在1050℃時，尺寸小于100μm的晶粒達到了85%;大于1050℃后，隨著溫度的增加，大于100μm的晶粒迅速增多，從1050℃的25%增長到1200℃的70%。對鍛態試驗鋼進行熱處理，不同溫度下的平均晶粒尺寸如圖所示，小于1050℃時，晶粒平均尺寸隨溫度的升高而降低;當溫度大于1050℃后，平均晶粒尺寸增大，從1050℃的47μm迅速增加到1200℃的117.5μm。分析原因，在溫度較低時，細小的再結晶晶粒開始在原始的晶界處形核。由于存在大量彌散的碳氮化物，這些碳氮化物在再結晶晶粒晶界處的釘扎作用限制了再結晶晶粒的長大，因此奧氏體晶粒長大速率比較慢。此外，氮作為合金元素，易在位錯線上偏聚，對位錯的攀移產生拖拽作用。隨著溫度繼續上升，細小的再結晶晶粒逐漸增多，此時晶粒多為等軸晶，細小而均勻，組織比較穩定，可以穩定材料的性能;當溫度繼續升高，提供更大的能量起伏，碳氮化物慢慢消融，奧氏體再結晶晶粒吸收更多的能量，克服碳氮化物的釘扎作用，因此晶粒長大速率加快。

 2. 保溫時間對微觀組織的影響

  為研究保溫時間對試驗鋼晶粒尺寸的影響。將試驗鋼加熱到1200℃，分別保溫0.5、1、2、3、4和5小時后水冷，制備金相試樣。圖3為試驗鋼在1200℃下保溫不同時間后的微觀組織。

  由圖可以看出，保溫時間延長，晶粒逐漸長大。1200℃保溫0.5小時，平均晶粒尺寸為70μm;保溫1小時后，平均晶粒尺寸增加到117μm，此時晶粒最為均勻。當保溫時間大于3小時后，平均晶粒尺寸增長趨勢變緩，保溫時間越長，原子擴散越充分，為晶粒長大提供了更多的機會，使晶粒容易長大，其長大的趨勢如圖所示。

三、結論

 1. 對節鎳型奧氏體不銹鋼在800～1050℃范圍內進行固溶處理，隨溫度的升高，主要發生動態再結晶，平均晶粒尺寸逐漸減小;當大于1050℃時，再結晶晶粒克服碳氮化物的釘扎作用，晶粒長大;加熱到1200℃保溫1小時后，晶粒尺寸增大到117.5μm。

 2. 在1200℃時保溫時，保溫時間延長會導致晶粒進一步長大。晶粒尺寸隨保溫時間的變化趨勢符合Beck方程。保溫時間過長，晶粒異常長大。

 3. 適用于試驗鋼的加熱制度為:加熱到1050～1200℃，保溫1小時。