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Fe24Mn、Fe22Mn、STS304高锰奥氏体钢
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司
更新时间：2013-10-21
随着现代科技的发展，对低温用钢的需求也在不断增加。有的油井管和近海井架的服役环境达到219K（-54℃），有的液化天然气（LNG）罐甚至达到110K（-163℃）。304和316不锈钢是目前广泛应用的低温合金，韧性较好，但屈服强度较低。新型高锰奥氏体钢的研发为低温环境提供了低成本、高屈服强度的材料。对有裂纹缺陷的周期性承载部件，其使用寿命取决于裂纹扩展速率，因此关于低温结构合金疲劳裂纹扩展（FCP）行为和S-N疲劳行为的研究具有重要意义。
韩国科研人员研究了Fe24Mn和Fe22Mn高锰奥氏体钢的S-N疲劳和疲劳裂纹扩展行为，并与STS304（Fe-1Si-2Mn-20Cr-10Ni）进行对比，结果发现：
1）当温度从298K降到110K（25℃到-163℃）时，各试样的抗S-N疲劳性能显著提高。正常S-N疲劳曲线×（屈服强度+抗拉强度）/2汇合为一条趋势线，说明这些单相奥氏体钢的抗S-N疲劳性能受最大抗拉强度和屈服强度影响，在塑性变形过程中发生明显的应变硬化。
2）当温度为298K（25℃）时，Fe24Mn试样的ΔKth值最大，达到9.0MPa√m，然后分别是Fe22Mn试样5.2MPa√m和STS304试样4.6MPa√m。根据裂纹路径和断口金相分析显示，单相奥氏体钢的FCP临界阈值受滑移平面程度影响显著。
3）当温度为110K（-163℃）时，各试样的FCP速率均明显降低，尤其是在临近ΔK的阈值时。与室温下的FCP行为不同，STS304在该温度下表现出最高的抗FCP性能，然后是Fe24Mn和Fe22Mn。
4）裂纹尖端的热激活能随温度降低而减少，造成Fe24Mn和Fe22Mn试样在高、低R速率和110K（-163℃）条件下的抗FCP性能提高。
5）随着ΔK在110K（-163℃）温度下不断增加，裂纹尖端的大量塑性变形与热应力效应相互抵消，而有益的低温效应则尚未大到维持Fe24Mn和Fe22Mn试样在110K（-163℃）温度下出色的抗FCP性能。