D0I:10.13374/i.issm1001053x.2002.06.009 第24卷第6期 北京科技大学学报 Vol.24 No.6 2002年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2002 Fe-Cr-Mn(W,V)合金中层错和 fcc(y)一hcp(e)转变特征 余泉茂》胡本芙》陈焕铭2 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)宁夏大学物理与电气信息工程学院，银川750021 摘要利用TEM和X射线衍射仪对固溶态、固溶空冷态和固溶冰水淬火态亚稳奥氏体 Fe-12Cr-10Mn(w,V)合金(84)，以及固溶态、固溶+拉伸变形态稳定奥氏体Fe-13Cr-17Mn(W,V) 合金(85N)中y→转变与层错之间的关系进行了研究，并对影响y→e马氏体转变的合金元素进行 了分析，提出了进一步提高合金相稳定性的措施. 关键词FeCr-Mn;层错；转变特征 分类号TG132.32 原子能反应堆用抗辐照损伤及环保型低放 ley Partials)不断地从晶界和已存在的&马氏体 射性优良结构材料的研究和开发已成为实现核 界面发射形成层错重叠进而成为ε马氏体. 聚变-裂变堆发电的关键问题)，高锰奥氏体钢 为了进一步研究FeCr-Mn合金中应力诱 的独特性能和重要性一直引起人们关注.利用 发ε-马氏体与层错的关系，必须深入研究y相发 FeCr-Mn合金替代FeCr-Ni合金，既可以提高 生各种转变机理.本文对研制出的两种不同相 抗辐射肿胀性能，减少辐照后残存有害放射性 稳定性的合金：亚稳态的Fe-12Cr-l0Mn(W,V 的危害，同时又可以降低成本. 合金(84合金)和稳态的Fe-13Cr-17Mn(W,V合 FeCr-Mm合金奥氏体相的稳定性是影响 金(85N合金)利用TEM观察y一ε转变与层错之 合金强度、延展性及韧性指标的主要因素，是直 间的关系，探讨发生转变的微观现象和规律；通 接关系到FeCr-Mn合金能否全面替代FeCr- 过对影响转变因素的分析，为FeCr-Mn(W,V) Ni合金的关键问题.FeCr-Mn合金的相不稳 合金y相稳定性研究提供实验和理论依据. 定主要是由于该合金的层错能低，容易在高温 时效时发生相转变：fcc(y)一hcp(e)一bcc(a),从 1实验方法和程序 而决定了其强度和塑性. 试样84,85N合金成分如表1. 在fcc晶体中，全位错a2<110>可分解成柏 氏矢量为a/6<211>不全位错而形成一个层错带 表1实验合金成分（质量分数） 此层错带可以作为hcp(六方紧密堆积)的核心， Table 1 Chemical composition of 84 and 85N alloys 在每一个fcc(面心结构)中第二个密排面上层错 合金Cr Mn C Si V W 的规则重叠而形成&-马氏体，所以母相中层错 8412.5010.720.160.590.841.52 在fcc一hcp转变中起着重要的作用.然而对&- 85N13.017.00.340.611.952.00 合金Ni N S P Fe 马氏体形核机理还存在不同看法.在18-8不锈 842.00-0.0640.0085余量 钢研究中曾提出两种ε马氏体形核机理1：极轴 85N1.000.120.0110.0130余量 机理(Screw Pole)和层错的自发形核机理.Inag aki在Fe-14Mn-6Si-9Cr6Ni合金研究中没有证 将真空冶炼铸锭(20kg锭)经1073K预热 实极轴机理而提出由于肖克莱不全位错(Shock- 0.5h后，加热至1473K保温1h,锻造成15mm ×110mm圆柱坯，在1193K保温1h进行去应 收稿日期2001-11-06余泉茂男，28岁，博士 力退火，随炉冷却至433K后出炉空冷.试样然第 2 4 卷 第 6 期 2 0似 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U n iv e r s i ty o f S e ic n e e a n d Te e h n o le gy B e ij i n g V 心1 . 2 4 N o . 6 D e e . 2 0 02 F e 一 C r 一 M n (W, V )合金中层错和 fe c (力一 h c p (习转变特征 余泉茂 ” 胡本 芙 ` , 陈焕铭 ’ ,2) 1 )北京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 10 0 0 83 2) 宁夏大学物理与电气信息工程学院 , 银川 75 00 21 摘 要 利用 ET M 和 x 射线衍射仪对 固溶态 、 固溶空 冷态 和 固溶 冰水 淬火态 亚稳 奥 氏体 F -e 12 C卜 1 0M n (砚V) 合金 (84 ) , 以 及 固溶 态 、 固溶 + 拉伸 变形 态稳定 奥 氏体 eF 一 1 3 c 卜17 M 们 (W, V) 合金 ( 8 5姆 中 )~ 。转变与层错之 间的关系进 行了研究 ,并 对影 响少~ 。 马氏体转 变的合金 元素进行 了分析 ,提出 了进一步 提高 合金相 稳定性 的 措施 关键 词 eF 一-r M n ; 层 错 ; 转 变特征 分 类号 T G 1 3 2 . 3 2 原子能反应堆 用抗辐 照损伤及环保型 低放 射性优 良结构材料 的研究和 开发已 成为实现核 聚 变一裂变堆发电 的关键 问题ils[ ] , 高锰奥 氏体钢 的独特性能和 重要性一直 引起人们关注 . 利 用 F e一卜M n 合金替代 F e 月C r - N l合金 , 既可 以 提高 抗辐射肿胀性能 , 减少辐照 后残存有 害放射 性 的危害 , 同时又可 以 降低成本 . eF 一-r M n 合 金奥 氏体 相 的稳 定性是影 响 合金强度 、 延展性及韧性指标的主要 因素 , 是直 接关 系到 F e 一 C r 一M n 合金能否全面替代 eF 一卜 N i 合金 的关 键问题 `4] . eF 毛卜M n 合金 的相不 稳 定 主要 是 由于该合金 的层错 能低 , 容易 在高温 时效 时发生相转变 : fc c 幼 一h印 仓) 一 b c (a) , 从 而决定 了 其强度和 塑性 . 在 fc c 晶体 中 , 全位 错a2/ < 1 10 > 可分解成柏 氏矢量为a/ 6 < 2 1>1 不全位错而形成一个层错带 . 此层错带 可以 作为 hc p (六方紧密堆积 ) 的核心 , 在每一个 fc c( 面心结构 )中第二个密排面 上层错 的规则重叠 而形 成* 马 氏体 , 所 以 母相 中层错 在 cf c 一h cP 转 变中起着重要 的作用 . 然而对* 马 氏体形核机理还存在不 同看法 . 在 1 8一 8 不锈 钢研究 中曾提出两 种* 马 氏体形核机理ls] : 极轴 机理 ( cS ~ oP le) 和 层错 的 自发形 核机理 . Ian g - iak 在 F -e 14 N山- 6 5门C r荀N l合金研 究 中没有证 实极轴机理而提出 由于 肖克莱不全位错 ( s h co k - le y P art ial s) 不断地从 晶界 和 已 存在 的。 马 氏体 界面发射形成层 错重叠进而成 为。 马 氏 体 . 为 了进一步研究 F e - C -r M n 合 金 中应力诱 发 。 一 马 氏体与层错的关 系 , 必须深人研究夕相发 生各种转变机理 . 本文对研制 出的两种不 同相 稳定性 的合金 : 亚稳态 的 eF 一 12 C 卜 10M n (W, V) 合金 ( 8 4合金 )和 稳态 的 F-e 13 C-r 17M l l (w, v )合 金 (85 N 合金 )利 用 T EM 观察尹一。转 变与层错之 间的关 系 ,探讨发生转变的微观现象和 规律 ; 通 过对影响转变 因 素的分 析 , 为 F e一 C卜M n (w, v) 合金 y相稳定性研究提供实验 和 理论依据 . 1 实验方 法和程序 试样 8 4 , 8 5N 合金成分如表 1 , 表 1 实验合金 成分 (质且 分数 ) aT b l e 1 C h e m i c a l e o m P o s it i o n o f 84 a n d 8 5N a lo y s % 合 金 C r 8 5N 合 金 8 4 8 5N 12 . 5 0 13 . 0 M n C 5 1 V W 1 0 . 7 2 0 . 1 6 0 . 5 9 0 . 8 4 1 . 5 2 1 7 . 0 0 . 3 4 0 . 6 1 1 . 9 5 2 . 0 0 e一量一余F 0 . 0 6 4 0 . 0 0 8 5 0 . 0 1 1 0 . 0 1 3 0 0 00 八“ 收稿 日期 2 0 01 一 n 一6 余泉茂 男 , 28 岁 , 博士 将真空 冶炼铸 锭 (20 k g 锭) 经 1 0 7 3 K 预热 0 . 5 h 后 , 加热至 1 4 7 3 K 保温 l h , 锻造成小1 5 x m l l o un 圆柱坯 , 在 1 19 3 K 保温 l h 进行去应 力退火 , 随炉冷却 至 4 3 K 后 出炉空 冷 . 试样然 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 06. 009