《北京钢铁学院学报》：低温无磁不锈钢（苏世漳）

D0I:10.13374/j.is8m1001-053x.1979.02.013 北京钢铁学院学报 1979年第2期 低温无磁不锈钢 北京钢铁学院金物教研室 苏世漳 北京特殊钢厂中心试验室 刘久恩、甘連启、陈艳春 摘 ·要 氢泡室的工作条件，要求制做泡室用的不锈钢在液态氢的极低温度 (20k)下，有足夠的强度和韧性，在三万高斯的磁场中导磁率不大于 1.005高斯奥斯特，此外，还要求这种钢有好的加工性能和焊接性能。我 们根据氢泡室用钢的要求，参照美国西屋电器公司研制的kro'marc-55不 锈钢，〔1)初步研制出k-55不锈钢带材(17.4毫米×240毫米×10米)，于室 温，液氮(-196°C)液氨(-269°C)三种温度下测试了拉伸曲线，测 试了低温下的导磁率μ和膨胀系数α，並对材料的组织和断口进行了观 察，对材料在低温拉伸过程中出现的现象进行了探討。实验结果证明， 我们炼制的K-55不锈钢基本上滿足氢泡室工程要求。 一、氢泡室用钢的选择 根据氢池室用钢的要求，婴求材料有非常稳定的奥氏体组织。众所周知，具有心立力 结构的奥氏体组织，即是在很低的温度下也不表现出冷脆现象〔2〕。如果材料的镍含量不超 过30%〔3)，一般表现为顺磁性，因此，用铁-镍-铬系奥氏体不锈钢作为泡室用钢是比较好 的，根据国外报导(1〕-(7)氢泡室用钢多采用AIS1一300型不锈钢，例1：304L,305, 310,316L及kr0arc-55等。 大量工作证明，含合金元素低的300型不锈钢在低温时其奥氏体并不是非常稳定的 〔1-7)，例304在低温时将发生Y一a'的马氏体转变，使其导磁率增加很大，按照Eicheman 关于合金元素与马氏体点关系的经验公式〔9〕。 Ms=1580-1667(碳+氨)-61.1（镍）-41.7（铬）-33.3（锰）-27.8（硅） 可以对300型不锈钢的奥氏体稳定性进行比较。表1给出了几种不锈钢按上式算出的马 氏体点Is。 13

北 京 钢 铁 学 院 学 报 1 9 79年第 2 期 低 温 无 磁 不 锈 钢 北 京钢铁学院 金 物教研 室 苏 世 漳 北 京特殊钢厂 中心 试 验 室 刘久 恩 、 甘连启 、 陈艳春 摘 要 氢泡 室 的 工 作 条件 , 要 求制做 泡 室用 的不锈 钢 在 液态徽 的极低温度 ( Z o k ) 下 , 有足 约 的 强度 和 韧性 , 在 三 万 高斯 的磁 场 中 导磁 率不 大于 1 . 0 5 高斯奥斯特 , 此 外 , 还 要 求这种钢有好 的 加工性 能和 焊 接 性 能 。 我 们根 据氢泡 室 用钢 的妻求 , 参 照 美国 西屋 电器公 司研 制 的k r o n l a r c 一 5 不 锈钢 , 〔1 ) 初 步研 制 出 k 一 5 5 不锈 钢 带材 ( 17 . 4 毫米 X 2 40 毫米 X 10 米 ) , 于 室 温 , 液 氮 ( 一 19 6 O C ) 液 氦 ( 一 2 6 9 O C ) 三 种 温度 下测 试 了拉伸 曲线 , 测 试 了低 温 下 的导磁 率 林和 膨胀 系 数 a , 业对 材 料 的组 织 和 断 口 进 行 了观 察 , 对 材 料 在低 温拉 伸过 程 中出现 的现 象 进 行 了探 衬 。 实验结果 证 明 , 我们 炼 制 的 K 一5 5 不锈 钢基本 上 满足 氢泡 室 工 程 要 求 。 一 、 氢泡 室用 钢的选 择 根据 氢泡 室用 钢的要 求 , 要求 材料 有非 常稳定 的奥氏 体组 织 。 众 所周 知 , 具 有fj] 心立 方 结 构的奥氏体组 织 , 即是在很 低的 温度 一 F 也不表现 出冷脆 现 象 〔2〕 。 如果 材料 的镍 含量不超 过 30 % 〔3 〕 , 一般 表现 为顺 磁 性 , 因此 , 用铁一镍 一 铬 系奥氏 体不 锈钢 作为泡 室 用钢 是 比较 好 的 , 根据 国外 报导 〔1 卜〔7 〕氢 泡室 用 钢 多采 用 A I S J一 3 0 0 型 不 诱钢 , 例 久l : 3 0 嫂I 」 , 3 0 5 , 3 10 , 3 16 L 及 k r o , , 1 : 、 r e 一5 5等 。 大 量工作 证明 , 含合 金 元素 低 的 3 0 型 不锈 钢 在 低温 时其 奥 氏体 并不 是 非 常稳 定的 〔1一 7 〕 , 例 如 3 04 在 低温 时将发 生 丫一 a 产 的 马氏体 转 变 , 使 其导磁 率 增加很大 , 按照 E I C h e m 。 n 关于合 金元 素 与马 氏体 点关系的 经验 公式 〔9〕 。 M 。 = 15 8 0 一 16 6 7 (碳 + 氮 ) 一 6 1 . 1( 镍 ) 一 4 1 . 7 ( 金各) 一 3 3 . 3 ( 锰 ) 一 2 7 . 8 ( 硅 ) 可 以对 30 0 型不 锈 钢 的奥 氏体稳 定性 进行 比较 。 表 l 给 出 了几 种不 锈 钢按 _ _ 仁式 算出的马 氏体 点 M 。 。 J 3 4 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1979. 02. 013

表1 几种不锈钢的Ms〔3) 钢 304L 304 304Hi 305 316L 316 316Hi 321 347 310 M,K +50 -17 -250 -65 +12 -55 -253 +79 +15 -2000 由上式及表1可以看出，钢中的碳、氮含量对奥氏体的稳定性有很强的影响，但是高的 碳含量容易产生碳化物C2C:在晶界析出，使焊接性能变坏，韧性降低，对氮的作用认识尚 不一致，有人认为氮也是对焊接性能不利的元素〔3)。 如果在低温下冷变形（拉伸）各种钢的稳定性程度就进一步显示出来了，即是在低温下 很稳定的钢在冷变形时，也有可能产生Y-α'和Y-e的转变，表2给出了四种钢在4.2K下拉 伸（致断裂）后a'马氏体的生成量〔10)，图1 给出了304L钢在低温拉伸时马氏体的生成量 d76 随拉伸变形量的变化曲线。 20K 出 表2 牌号 304L 304N 316L 316N 析出量 83% 65% 46% 52% 40 由这些数据看出，比较稳定的316L钢在 拉伸变形过程中也有人虽的马氏体转变。 图1304L钢低温时马氏及随拉仲生成量 表3给出了几种不锈钢在经冷变形后磁性的变化〔3)。 表3 儿种不锈钢的稳定性〔3) 牌 成分 % 室温磁性μ-1 (H=200高斯) 号 镍 铬 其它 冷变形后 (括号内为变形量) 反复冷到77K后 310 20.7 24.3 0.005(64%) 0.005 316 13.4 17.5 2.4钼 0.01(84%) 0.0040.010 347 10.7 18.4 0.95 0.312(90%) 0.004~0.010 321 10.3 18.5 0.08钛 8.4(70%) 0.0040.010 304 10.7 19.0 3.7(84%) 1 301 7.8 17.6 18.0(55%) 很 从而也可以看到除310以外的其它儿种不锈钢都有α′相析出，其中316,347,321，在冷到 77K时并无红'，但冷变形产生了a',304,301在冷到77K时，即产生a'马氏体。 文献介绍kro marc--55是一种很稳定的奥氏体不锈钢，它的冷加工马氏点Md在一 257C以下。〔1、5、3、6)其磁性很稳，经使用年后无变化。 不锈钢的磁性，也是选吊钢种的承要依很，表4〔3)女图2〔)给！了不锈钢在不同温度 下的子磁率。 135

表 l 钢 3 o 4 L } 3 0 4 几种不 诱钢的 M 。 〔3 二 3 0 4 H i } 3 0 5 3 16 I J 3 16 3 16 H i 3 2 1 3 4 7 } 3 10 八` S K } + 5 0 「 一 `7 { 一 “ 5 0 … 一 “ 5 . + ` 2 。 一 5 5 { 一 “ 5 3 } + 7 9 } 十 `5 } 一 “ 0 0 0 由 上式 及表 l 可 以 看 出 , 钢 中的碳 、 氮 含量对奥氏体的稳定 性有很 强的影 响 , 但是高 的 碳 含量容 易产生碳 化物 C 2 3 C 。 在 晶界析 出 , 使焊 接 性能变坏 , 韧 性降低 , 对 氮的作 用认识 尚 不 一 致 , 有人 认 为氮也 是对焊 接 性能 不 利的元 素 〔3 〕 。 如 果在低温 下 冷变形 ( 拉伸 ) 各种 钢的稳 定性程 度就 进一 步显 示 出来 了 , 即 是在低 温下 很稳 定的钢 在冷 变形 时 , 也 有可 能产 生 丫~ a ` 和 丫一 。 的转变 , 表 2 给 出 了 四 种钢在4 . 2 K 下 拉 次蒸君曰黑荟 伸 ( 致断裂 ) 后 a `马氏体的生 成量 〔1的 , 图 l 给 出了 3 0 4 L 钢在低 温拉伸时马 氏体 的生 成量 随拉 伸变形 量的 变化曲 线 。 表 2 3 0 4 L 1 3 o 4 N { 3 1 6 L ` 3 16 N 8 3 % … 。5 % { 4 6 % ; 5 2 % 该 形卜 ’ 乙尸 声 么场K j 一 尹 献酬 K 夕 了 洲宾 一三乡 / 飞. 口一 . l 川 匕 号 ù 量 出 牌析 由这些 数据 看 出 , 比 较稳 定的 3 16 L 钢在 拉伸变形过程 中也有大 量的 马氏体转 变 。 图 1 3似 L 钢 低 温时 马 氏及 随拉 伸生成 量 表 3 给 出了几 种不诱 钢 在经 冷变形 后磁 性的变 化 〔3〕 。 表 3 儿 利 ,不 诱钢 的稳 定 性〔3 〕 成 分 % 镍 铬 其它 3 10 3 16 3 4 7 3 2 1 3 0逮 3 0 1 2 0 . 7 13 . 4 10 . 7 10 . 3 1 0 . 7 7 . 8 2 4 . 3 17 . 5 18 . 4 18 . 5 1 9 . 0 17 _ 6 / } 2 · ` 乍`」 … 0 . 9 5 妮 1 0 . 08 钦 { / ) / … 室温磁 性 卜一 1 冷 变形 后 (括 号 内为变形 量 ) 0 . 0 0 5 ( 6 4 % ) 0 . 0 1 ( 8 4 % ) 0 . 3 1 2 ( 9 0 % ) 8 . 4 ( 7 0 % ) 3 . 7 ( 8 4 % ) 18 . 0 ( 5 5 % ) ( H = 2 0 0高斯 ) 反复 冷到 7 K 后 0 . 0 0 5 0 . 0 0 4~ 0 . 0 10 0 、 0 0 4 ~ 0 . 0 1 0 0 . 0 0 4 ~ 0 . 0 1 0 l 千反 大 牌号 从 而 也可 以 看 到除 3 10 以 外的 其 它儿种不 锈 钢 都有 a ` 相析 出 , 其 中3 16 , 3 4 7 , 3 21 , 在冷到 7 7 K ll寸乡宇无 、 , ` , 但 冷变形产 生 了 a 产 , 3 0 4 , 3 0 1在冷到 7 7 K !l寸 , 以I ]产生 a 产 马 氏体 。 文献 介绍 k r 0 m ’al c 一 5 是一 种很 稳 定的 奥氏 体 不 锈 钢 , 它 的 冷加 工 马 氏点 M d 在一 25 7 “ C 以 下 。 〔 l 、 5 、 3 、 6 〕其磁 性很 稳定 , 经使用 · 年后无变 化 。 不 锈 钢的磁 性 , 也是选 择例 种的 币 要依根 , 表 4 〔3 〕及图 2 〔们 给出 了不 诱 钢在不 同 温度 下 的廿磁 丰 。 13 5

表4 温度对不锈钢的x,μ的影响 温 度 K 牌 号 298 77 4.2… …304L… X=2·104 X=5.10-4 X=1·104 309 X=15·104 X=5.10-4 X=1910-4 μ100k奥=1.3 310 X=2.104 X=6104 μ1k奥=1·15 μ80k奥=102 可以看出在未经变形的 情况下可供选择的钢种为： 310、309、316及K-55等， T304 76-20K 但309、316不锈钢在低温拉 伸时产生α'马氏体，因而 05 3a4 394 300-76K 使磁性急烈增加，而310不 3-2eK 锈钢，由于含镍最较高，在 4.2K时呈超顺磁态：因 此，大大提高了它的导磁 303 3-76 34 率。 308 从力学性能的角搜来 30 0e-195 看，A1S1-300型不锈钢， 302 一般能满足泡室用钢的要 32137 求，但是，正象文献〔2)中 指出的，果钢中由于某种 原因而发生相的转变或产生 碳化物析出，则将影响到钢 95 的力学性能，特别是钢的低 图2几种不锈钢的磁性温度曲线 温韧性。表5〔10)及图3〔5)图4〔12)图5图6〔10)给出了300型不锈钢的低温性能。 表5 几种不锈钢固溶处理后的力学性能 钢 种 实验温度 oh g0.2 a K C 公斤/毫米2公斤/毫米2， 2% 4% 公斤-厘米2 24 67 32 60 65 310 -195 110 5 54 5 12 -254 124 81 56 66 1 24 60 20 60 60 3041 -195 -136 25 42 50 9 -253 -155 24 41 57 8 25 60 23 60 70 304 -195 114 40 45 10 -253 171 44 48 48 10 KROM ARC-55 253 74.5 62.3 34.3 >9 136

表 4 温度对不锈钢 的 x , 卜 的影响 K 一 , ; 牌 号 …一一一一一 一 - - - - - - 一 了 - 一— - - - -一 - 一 一可 - - 一 -一 - 一 - - - - 一 _ 址二二竺竺一一卫 - 一竺二一一上` - 扁竺二 _ - 一 的 4 L , 一 { X = “ · 1丁 ` { X 一 “ ` 1 0一 ` { X 一 ` ’ ` o 一 ` 3 0 9 X = 15 0 1丁 ` X 二 5 0 1 0一4 X 二 19 0 1 0一 3 1 0 X 林 二 2 。 1 0 一 ` 件 1 0 o k 奥 = 1 . 3 X 二 6 . 1 0一 ` I k 奥 = l 一 15 5 o k 奥 = 1 . 0 2 可 以 看 ’ 出在未经变形的 情 况下可 供 选择 的钢 种为 : 3 1 0 、 3 D 9 、 3 1 6及 K 一 5 5等 , 但 3 0 9 、 3 16 不锈 钢 在低 温拉 伸时 产生 a / 马 氏体 , 因而 使磁 性急烈 增 加 , 而 3 10 不 锈钢 , 由于 含镍 量较 高 , 在 4 . 2 K 时 呈 超顺 磁 态之 因 此 , 大 大 提高 了 它 的 导 磁 率 。 从 力学 性 能的 角 度 来 看 , A I S 卜3 0 0 型不 锈 钢 : 一 般 能 满 足泡 室 用钢 的要 求 , 但是 , 正 象文 献 〔2〕中 指 出的 , 如果 钢 中 由于某 种 原 因而发生 相 的转 变或产 生 碳化物析 出 , 则将 影响到 钢 的 力 学性能 , 特 别 是钢 的低 J b 4 2` ~ 之 口代 口 · 万 3哪、 3扣 ` Z p 洲 , 。 一 、 “ 3 0 3 、 J 口。 一 声书 荔 一 。 J 口 8 3 0 2 , 助 一 , 口 · 口 嵘 夕 沙Z f 绝龚) J 即 图 2 几 种不 锈钢 的磁 性温 度 曲线 温 韧性 。 ` 表盯 1的 及 图3 〔5 〕图 4 C 12 〕图 5 图6 〔1的给 出 了 30 0 型不锈 钢 的低 温性能 。 几 种不锈 钢 固溶处理 后的力 学性 能 实验 温度 ! a b 口 0 2 4 % a K }公斤一 匣米 “ l 2 l l 98 户aA八匕ùnU孟 ù ù了CU 0 卜口1 àpo九打ha一L 2 叭一04621 一 65 一凌6理 3 10 C }公斤 /毫 米 “ 公 斤 / 毫 米 “ 2 、 { 6 7 3 2 一 19 5 ; 1 1 0 5 9 一 2 5 4 12 4 8 1 一10 ū 匀八n曰一O . 任雌才谧J 6 0 4 3 4 8 K R O M A R C 一 5 5 2 5 3 7 4 . 5 6 2 . 3 3 4 . 3 > 9 1 3 6

195 180 36 13 16 o 75 15 -220 -160 -106 -60 温厦℃ 图3'退火状态下304的低温性能。冲击值为V型缺口夏比谢样 了U了04(A灶) SUS 304 3U332f 20 其 J154号TP(2mm V型铁口 -196 -1o1-73-40000 试验温度 图4儿种不锈钢的低温冲击值 综上所述比较起来，Kro marc-55不锈钢的综合性能最好，而且根据〔1)的介绍，该钢 还具有好的冷加工性能，好的铸造性能和好的焊接性能，因此，可选择为我们试炼的钢种。 我们炼制的K-55不锈钢，是在0.5吨的真空感应炉中冶炼的，其化学成分如表6所示。 表6 K-55钢的化学成分 炉 号 碳 硅 锰 磷 硫 铬 镍 钼 501 0.03 0.26 8.850.0120.00415.65 18.16 2.59 502 0.03 0.17 9.150.0120.00315.98 19.04 2.08 钢锭经650轧机轧成 17.4×240的带材。 二、实验结果及分析 1.金相组织： K-55钢热轧状态的常温组织是奥氏体， 为了鉴定奥氏体的稳定性，我们分别把样品在液氨（-196°C)和液氢(-269℃)内 137

「一 、 、 洲晓一、 、 睡 、 \ 巨 { \ 洲陵 口口户碑 件 ~ 卜洲民 珍 , . 门 岁卜 · ` 户口~ 一 、 、 . 、 、 一 。 州 声尸尸 1 r 一 , 一一 ~ ~ , 卜 . ~ `昼 }l .a .匕 万 」l 一叫卜 ~ 召乏 J L 夕甲 l 1 冲 L _ 」断 润{ 亡竺 , } l 一 一 ` 卜 一 月 - -r — 一 1 尸l — 一 r - 一 州 。军呆砚曳心恻澎撼早形\ ó 暇麟 图 3 ` 退火 状态 下 3 0 4的低温 性能 。 冲击值 为 V 型缺 口 夏 比试 样 0一 J ` J , 口` ( 八抽 ) 一~ 口式 肖: - e J . J J , 4 ` 8 力么 , ` 一 一 J U 3 军一4 卜一 一 1〔孟」 - ~ , 一 3 口 J 3 2 f 尸仑一戈 尸呼 ` 芬些弓井岌 r 护~ 一匕 _ _ !「]厂 } , 一 - . . . ~ · 、 . 尸 记 卜一 - . 口口 . 卜 一一一一一 `一刁 . ` ! { 了 l占 4 母 T P ( 2 脚 朴) V 型 右次 0 。火呆侧令\ 烈相女 试 验温 度 图 4 几 种不 锈钢 的低 温冲击值 综上所述比较 起 来 , K r o m ar c 一 5 不锈钢的 综合 性能最 好 , 而且 根据 ( l 〕的介绍 , 该 钢 述真有好 的冷加工 性 能 , 好 的铸造性能 和好 的焊接 性能 , 因此 , 可 选择 为我们 试炼的钢种 。 我们炼制的 K 一 5 不锈钢 , 是在 0 . 5吨 的真空 感应炉中冶炼的 , 其 化学成分如 表 6 所示 。 表 6 K 一 5 5钢 的 化学成分 碳 ! 硅 锰 { 磷 硫 铬 镍 八 二八àdn 0口 .ù 一ó 上上dJ百. 比口 .口ó . 一 任` 八U nJ ǎ“ U nUn : 0 . 0 3 0 . 0 3 0 . 0 12 : 0 。 . 。 , : { o … 镍 { ,。 18 . 16 】 2 . 5。 一`” · ” ` { 2 · ” 8 尸认口al ǎ匕 土, . 一 八 八口Où 07 自, 卫lJ : 人 U 乙q l l nU n . 一óa lJ nU 钢 锭经 6 5 0轧机轧 k)J 17 . 4 x 2 4 0 的带材 。 二 、 实验结果 及分 析 1 . 金 相组 织: K 一 5 钢热 轧状 态的 常温组织 是奥氏体 , 为 了鉴定奥氏体的 稳定 性 , 我们 分 别把样 品在液 氮 ( 一 196 O C ) 泪 一 1液氮 ( 一 2 6 9 O C ) 内 13 7

328 836 2 347 10 6 -250 -200 -150 31 80 60 319 70- 20 2 -73 21 -273 -200-150-f00 -50 0 实验温度C 图5（上）AISI300型不锈钢的冲击韧性随温度的变化 图6（下）AISI300型不锈钢的机械能随温度的变化 反复浸泡十余次，总的气泡时间在半个小时以上，然后在室温进行金相观察， 仍是奥氏体组 织，见图7。这说明K-55钢的马氏体转变点Ms在4.2以下。 此外，还对K-55的耐蚀性能进行了鉴定。经晶间腐蚀鉴定， K-55有金属声音，弯曲 90°表面光滑无裂纹，亦即耐腐蚀性能很好。 2.磁性： 测量了K-55在室温及液氨 温度下的导磁率，室温是用磁环 称的方法测量的，样品大小 <0.3克，液氨温度下是将样品 放在超导磁体中用冲击法测量 的，样品的尺寸为：中9×50毫 米园棒，实验结果见表7及图 8、9。 的·， 图7 K-55钢热轧状态的金相组织（经-269C 下浸泡)。 138

厂 洲洲尸试卜、 、 刃百 f / z 、 司 汤公 姐娇` 一甲 J ` J . . ~ 曰 一 . 山 i J J . . I 卜如 , 一叫i一州一气扫户 { 」 ` l 洲卜一 , 门 叼 一l 口山口曰~ 一乡 , 二 - , 自口一 门 / 认 夕百, l 匕二孙 7 / 嘴l 仁 之 、 二 刁/ 口 . L (洲 夕 门 ,少 厂丁 , 月日 二 口- 之吞O 口 刁帕 · 份祖 一 犷翻 协, _ _ 一 D 一 乞 ;氮 } _ 、 ! _ 盆 三登卜 悦 议义协 、 、 丈次吞 、 4 3纬、 卜 \ \ 丫飞 入 、 、 \ \ -认 \ 、 心飞 }一 、 、 、 、 岌 户口 . . h . ` . 民 曰 l , 气、 J 公 - r L_ - 石口 一于岁拟嵘 L 匕二二不扭必: 卜U ~ 一 气几 声 》 弓 弓 一 ` 际 一 巧场 一 汾 之 , .呆硼、火心 闷玉攀早衡ǎ剥书A) \ 乃l 口 \ 。 O 实 验温 度 。 C 图 5 ( 上 ) A I S 3I 0 0型不 锈 钢 的冲击韧性随温 度 的变 化 图 6 (下 ) A I S I 3 0 0型不 锈钢 的机械能随 退度 的变化 反复浸泡十余次 , 总的气 泡时间在 半个小 时以 上 , 然后在 室温 进行金 相观 察 , 仍是奥氏体组 织 , 见图 7 。 这说 明 K 一 5 钢 的马 氏体 转变点 M s在 4 . 2 以下 。 : 此 外 , 还对 K 一 5 的耐 蚀性 能进 行 了 . 「 鉴 定 。 90 “ 表 面光滑无裂纹 , 亦即 耐腐蚀性能很好 。 - 2 . 磁性 : 测 量 了 K , 乓5在 室温 及 液氦 温度下 的 导磁率 , 室温 是 用磁环 称 的 方 法 测 量 的 , 样 品 大 _ 小 < 0 . 3克 , 液氦 温 度下 是 将样 品 放 在超 导 磁 体 中用 冲 击 法测 量 的 , 样 品的 尺寸 为 : 小 9 x 50 毫 米 园棒 , 实验 结 果 见 农 7 及 图 8 、 9 。 经 晶间腐蚀 鉴定 , K 一 5 有金属 声音 , 弯曲 : 叙 : 给 图 7 · K 一 5 5钢热 轧状态的金相 组 织 (经 一 2 6 9 ` C 下浸泡 ) 。 13 8

表7 K-55在不同温度下的磁性 炉号 实验温度(C) 磁场强度（高斯） 导磁率 4 20C 6800 1.0030 ,501 2325.6 1.0050 -269℃： 5463.1 :1.0049 19970 1,0048 20C 6800 、 1.0025 能十 502 2325.6 1.0047 -269C 5594.7 1.0048 时-=e-=4 11013.9、 1.0047 由实验结果看出：(1) K-55的导磁率在室温至液 氨的温度范围内，都小于 1.05 1.005,优于316L。 (2)在液氨的温度下 K-55钢的导磁案，不随磁 103 ,清味培大 场变化，是一个常数（L值 不的2 差别在误差范围之内)这说 .p0 明在4.2K下，K-55的奥氏 200 30 体组织非常稳定，没有铁磁 T,K 性相析出。 图8K-55钢在不同温度下的磁性 · 50 5a 奥 图9K-55钢在-269C°下的4H曲线 (3)为了研究在低温下冷变形对K-55钢的奥氏体稳定性的影响，我们还测试了在室温 液氨和液氨温度下拉伸（断裂）后样品的室温磁性，结果列于表8。导磁率μ值仍小于 1.005。 139

表 7 炉号 , 5 0 1 实验 温度 ( “ C ) K 一 5 5 在不 同温度下的磁性 一 「 磁场预度 ’ ( 高茹 22 00 O C 6 8 0 0 2 3 2 5 . 6 一 2 6 9 “ C 5 4 6 3 . 1 导磁率 协 廿1 . 0 0 3 0 · 1 . 0 0 5 0 _ 1 ` 0 0 4 9 八石一 左b 八U 八曰月 9自止一 ù 曰n 1 9 9 7 Q 胜皿1 一! | ! 2 0 O C 6 8 0 0 _ _ 摘 ;么 二条奋荟 , 户 5 0 2 2 3 2 5 . 6 一 2 6 9 “ C 5 5 9 4 . 7 卜 1 . 0 0 4 7 1 . 0 0 4 8 1 10 13 . 9 、 1 、 0 0 4 7 由实验结 果看出 : ( 1 ) K 一 5 的 导磁率 在 室温 至浪 氦的 温度 范 围内 , 都 小 于 1 . 0 0 5 , 优 于3 16 L 。 (2 ) 在 液氦 的 温度下 K 一 5 5钢的 导磁 率 , 不 随磁 场 变化 , 是一 个常数 ( 卜 值 差 lM] 在误 差范 围之 内) 这说 明在4 . 2 K 下 , K 一邪 的奥 氏 体组织非常稳定 , 没有铁磁 性相析出 。 几午 、 一 、 _ _ 艾芬 {二{ ; 、 、 火 、 、 、 、 、 、 、 了 钱卜 零 人 石一 , 二 、 , 口 T, K 图 S K 一 5 钢在不 同温度 下 的磁性 才帕 .一飞蔺 图 9 .匕~ 、 一 目 公 _ 夕幽砂 , , 奥 K 一 5 钢在 一 2的 C 。 下 的卜 H 曲线 (3 ) 为了研究 在低 温下冷 变形对 K 一 5 钢 的奥 氏体稳定性的影响 , 我们 还测试 了在室温 浪氮和 液 氦温度下 拉伸 ( 断裂 ) 后 样品的 室温磁 性 , 1 . 0 0 5 。 结果 列于 表 8 。 导磁 率 林 值仍 小于 13 9

表8 K-55在不同温度下冷变形后的室温磁性 炉号 样品号 样品的处理方法 磁场强度（高斯） 导磁率μ 502 16花 室温拉伸断裂后 7100 1.0024 502 17# -196C拉伸断裂后 7100 1.0037 502 18# -269°C拉伸断裂后 7100 1.0020 502 11# 1050°C固溶处理后 7100 1.0046 3.低温膨胀（冷缩） 用Litz©（来资）膨胀仪测量了h室温到液氯温度二点问的平均线膨胀系数，结果列于 表9。 表9K-55低温膨胀系数a(-196C-25C) 炉 号 绝对伸长法 501 12.7×10-8/°C 502 12.4×10-8/°C 4,力学性能： 为了测量K-55钢在-269C时拉伸曲线，采用了200公斤拉力试验机，样品尺寸为图10 所示。 为了验证小的拉伸试样在200公斤拉伸机：获得的数据的可靠性，同时在5吨拉力试验 机上，采用工程标准样作了室温和液氮温度下的拉伸试验，小样品经1050°C保温5分钟， 空冷到室温的处理，工程拉伸样品和冲击样品是热轧状态，实验曲线由图11,12给出，实 验结果列于表10,11和图13。 图10200公斤拉伸机拉伸试样（客米） 140

表 8 K 一 5 在不 同 温度下冷 变 形后 的室温磁性 炉 号 样 品号 16称 磁 场 强度 (高斯 ) 导 磁 率 协 5 0 2 样 品 的处理方 法 室 温拉伸断裂后 一 19 6 ” C 拉伸断 裂后 一 2 6 9 “ C 拉伸断 裂 后 10 5 0 O C固 i容处理 后 7 10 0 1 . 0 0 2 4 7 10 0 1 . 0 0 3 7 7 19 0 1 二 0 0 2 0 7 10 0 0 0 4 6 · . · 一一…l 一一时、? … 一 翎 一 油 5 . 低沮 澎 胀 (冷缩 ) 用 L i t Z e (来资 ) 膨胀 仪 测 量了 由宝温 到 液氮 温度 二 . 点间 的平均 线膨 胀 系数 , 结果 列 于 表 g 表 g K 一 5 5 低 温膨胀 系数 a ( 一 1 9 6 O C 一 2 5 ” C ) 炉 一 号 绝 对伸长法 5 0 1 5 0 2 1 2 · 7 x 10一 ” / “ C 1 2 . 4 x 1 0一 6 / 。 C 4 . 力学性能 : 为了测 量 K 一 5 5钢 在 一 2 6 g O C 时才立伸曲线 , 采 用 了 2 0 公斤 拉 力试 验机 , 样 品 尺 寸为图 10 所示 。 为了验证小 的拉伸试样 在 2 0 公斤 拉伸机 _ .-l 获得 的 数据 的 一 可靠性 , 同 时在 5 吨拉 力试 验 机上 , 采 用工 程标 准样作 了 室温和 液氮 温 度下 的拉 伸试 验 , 小 样 品经 10 5 0 “ C 保 温 5 分钟 , 空冷 到 {室温的处 理 , 工程 拉伸样 f异 ,和冲 击样 品是 热 轧状 态 , 实 验 曲线 由图 1 , 12 给 出 , 实 验结 果列 于表 10 , n 和 图 13 。 工 沪 、 图 10 2 0 0公 斤 拉伸 机拉 伸试 样 ( 毫米 ) 14 0

1外 5# 14 -50X l业am6=23.8x 13#8-444X 强训 468202242280 A1毫米 图11k-55在不间温度下的应力应变曲线 S=2.8X acf tusi △1毫米 图12 k-55在不同温度下的应力应变曲线 表10 k-55钢的力学性能（工程标准样热轧状态） 鸳 实验室 样品 。 温度°C 编号 公斤/毫米？公斤/爸米2 % 碧 ak梅氏 公斤·米/厘米2 4 25C 1一0# 635 34 475 74 >184 -196C 1一1# 95.5 615 20 70 >184 501 1一2# 1 110 64.5 48-5 64 .>184 1一3排 113.5 62 56 645 321 平均 103.3 637 415 662 321 25°C 2-0# 615 36 48.5 73 >18·4 2一1# 123 55.5 53.5 65.5 337 。4 502 -196°C 2一2常 110.5 61 585 665 336 2一3# 108 625 53-0 66-0 315 平均 113-8 597 55.0 660 329 141

全乡纷 吉 一七六梦吮产肯 = 卜寺馈一女吮卜亩弓厂 。兴娜一大令 乙 艺毫米 图 jl k 一 5 5在不 同温 度 下 的应 力应变曲线 杀林盼 。兴侧火众\ 抑动知勃匆 l 自 ` 2 4 心 _ l 一」 _ 月 护口 一 ) ~ ~ 一山 ` ~ . _ . ` ~ ~ 一J 一一目 . 一 ~ ~ 匕 - - 山 护2 娜 I 心 , 8 二怕 之企 翻 %小 表 10 实验 室 温度 “ C 八1 皇 米 图1 2 k 一 5 5 在不 同温度 下 的应 力应 变 曲线 k 一 5 5钢的 力学 性能 (工 程标 准样热 轧状 态 ) 样 品 编 号 … 公声添 _ ’ _ G ; } 八 2 公 斤 / 笔米 “ } % 「节万蔽犷一 公 斤 · 米 / 厘 米 : 炉号 八曰一任月J 斤了了t 4 八1 2 5 h O C 1一 0葬 1一 1葬 1一 2葬 1一 3称 6 3 · > 18 . 4 一 19 6 O C 5 0 1 平 均 > 18 . 4 > 18 . 4 10 3 _ 3 6 4 一 5 6 6 一 2 3 2 。 3 2 。 二二一泣 > 1 8 . 4 3 3 一 7 3 3 · 6 3 ] · 5 3 2 · 9 1 4 1

% Bu 60 60 0 40 70 30 20 20 19 770 图13k-55钢的力学性能与温度关系 分析所得出的实验数据，可以得到：(1)比较表10、11可以君出，两种样所得的数据 基木一致，因此，用小样品所获得的数据是行代表性的，这对于研究极低温度下材料的力学 性能是有很大实际意义的。 (2)由表11及图13可以看：，K-55的延伸茶δ在：温度降低时不随温度除低，表现低 温下的韧性很好，这也是而心立方结构的特点，值得注总的是，6在液氨温度达到极大，这 可能是与低温下的形变机理有关，我们将在后而讨论。 (3)由图11、12拉伸曲线看到，K-55钢在液氮温度下拉仲时，h线显锯齿状态，与此 相应的，在实验时观察到，每出现一个锯齿，件随一次声发射，在被拉伸的样品.上出现·个 缩颈，这三者是一一对应的，这种现象在液氮下拉伸米观察到。在冈14给了在液氢（双） 液氨(b)温度下拉伸后的样品实休照片。 上面这些现象说明在液氨福变下的形变过程中现集·形变，这也是丁在极低温度下 特殊的形变机理导致的。 5.断0 我们观察了K-55在室温-196°C和-296°C下的拉仲样品的电子断口，结果列于图 15,16,17。 图14拉伸后的样品，×.5a,-269°C下拉伸。h.-196C下拉伸 142

归翻 一代\ \ \ … 卫les卜, 1卜.Lr es卜百. 1 es-l 10柳加细 、铁髻 , 它 、 已 60 卜 、 、 子 尹 谈之~ ~ \ 、 一 1 灿 O 一 〕 2 2田 己 己 2刃 3闪 代 图 1 3 k 一 5 5钢 的力学性 能与 温 度 关系 分析 所得 出的实验 数据 , 可 以 得 到 : ( 1 ) 比 较 表 10 、 1 1 一 可以 看 出 , 两种 样 况 .所得 的数据 基木一 致 , 因此 , 用 小样 .异 : 所 获得 的数 据是 有代 表性的 , 这 对一研 究极 低 温度下 材 料 的力 学 性能 是有很 大实际意 义 的 。 ( 2) 由表 n 及图 13 可 以 看 出 , K 一 5 5 的延仲率 乃 在温 度降低 时不 随温 度 降低 , 表现 出低 温 下 的韧 性很 好 , 这 也是 而心立 方 结 构的特 点 , 价得 江意 的是 , 乃在 液氮 温度 达到极 大 , 这 可 能 是与低温 下 的形变 机理 有关 , 我 们 .将 在 后而讨 沦 。 ( 3) 由图 1 1 、 12 拉伸曲线看 到 , K 一 5 钢 在液氦 温度下 拉伸 时 , 曲 线呈锯 齿状 态 , 与此 相 应 的 , 在实验时 观察 到 , 舟 出现一 个锯 齿 , 伴 随一 次 声发射 , 在被 拉伸 的样 况 1 _ L出现 一个 缩 颈 , 这 三者是 一一 对应 的 , 这 种现 象在 液氮下 拉 户仁长观 察 到 。 在 图 14 中哈 出了 在 液氦 ( a ) 液 氮 ( b ) 温 度下 拉伸后 的样品 实体 照片 。 上面 这些 现 象说 明在 液氦温 少变下 的形 变过程 「 1 , 出现集 中形 变 , 这 也 是山 -T 在极 低温 度下 特 殊 的形变 机理 导 致的 。 5 . 断 口 我 们观 察 了 K 一5 在 室 温 一 19 6 “ C 和 一 2 9 6 O C 下 的拉仲 样 品 的 电子 断 口 , 结果 列 于图 1 5 , 1 6 , 1 7 。 图 14 拉 伸后 的样 品 , 又 , s a , 一 2 6 9 “ C 下 拉伸 。 卜一 19 G “ C 下拉伸 革4 2

表11 k55树在不同温度卜的力学性能 实验 温必 禁剪 公斤/毫米2 公斤/毫米2： 8% 中% 7华 60.99 2298. 21 SG.67 8# 58-23, 19-69 303 36.43 12华 5095 1797 30 3317 20C 13# 58.95 21+77 3444 3469 *16# 52·228 23·03 2750 3419 平均 56-27 2109 29·28 35.03 9￥ 11111 60.69 434 3997 14花 11050 52-86 50-7 3911 -16GC ◆17 101315 4692 3875 40·10 平均 107-64 53·49 443 4108 6# 9231 58·43 30 4151 10# 108·4 68-70 26 4097 -269C 15￥ 9935 6204 30 3959 *18￥ 11063 7070 2375 44.59 平均 102.67 67•47 2744 41.73 注：1. 表11是小试样固溶处理，均系502#炉上取样。 2.表11中，幸表示样品在拉伸前，样品的一个表面进行了简单的机根抛光。 图15室温所口×1000 图16液氧所口×1000 113

k 一5 同劝在不同 温 度 ’ 加 卜的 力学 性能 公斤/ 毫米 2 公斤Z毫来 ’ 入% 1 } , % 实温 度验 6 0 一 9 9 5 8 一 2 3 2 2 . 9名 2 4 19 3 0 Z O r C 5 0 . 9 5 5 8 一 9 5 17 一 9 7 2 1 , 7 7 3 O 3 4 5 2 一 2 2 8 5 6 0 2 7 2 3 · 0 3 2 1 · 0 9 2 7 · 2 9 - no ō 八“ 任月 1 工 1 1 1 b 一 1 1 1 10 . 5 0 6 0 · 6 9 5 2 . 8 6 一 1 6 6 ” C 样 ,钻 编 号 7莽 8葬 1 2葬 1 3莽 * 1 6林 一 」乙 均 9 莽 14 莽 . 17挤 习元 均 10 1 一 3 15 4 6 10 7 一 6通 5 3 一 4 9 3 8 一 7 5 4 4 一 3 4 4 5 O 2 8 . 4 。 7 了5 。 3 O 6 0 。 7 5 一ō b O心 一一Q … · 6` {一竺 - 一型 一 …一三竺一 … ` 卜5 ` { 叫 一 } ’ 0 8 . ` 6 8 . 7 0 } 2 6 { 4 0 · 9 了 一 2 6 9 ” C } , 尸 , { n 八 _ 。 二 。 。 . n 月 } 。 。 } 。 n . 二 n { ’ 。 ` …一竺三 . 兰{一 t’ “ . U ” { “ ” { … 一 “ 8 ` } ` ] 0 ` “ 3 ,一 里卫二29- 一 … 一 丝业一 … “ ` 5 9 } 3卜 均 } ` 0 2 ` 6 7 6 7 ” 7 1 “ 7 ’ “ 1 4 ` · 7 3 注 : .] 表 n 是 小试样 固溶处 理 , 均系 5 0 2矛炉 上取 样 。 2 . 表 1 1 中 , · 表示样 品 在拉伸前 , 样 品 的一 个表面进行 了简单的 机械抛 光 。 冈 1弓 室 下聂一}, l 口 又 10 0 (、 图 16 液氮 r析口 又 ] 0 0 0 川