提高高锰奥氏体超低温钢低温韧性的方法

研究改进热处理工艺和加入合金元素来消除锰在奥氏体晶界上的不平衡偏聚以提高钢的低温韧性。降低固溶处理温度和冷却速度，以及在钢中加入铬、硼和钼。

高锰奥氏体超低温钢低温脆断机制的研究

研究了高锰奥氏体钢的低温断裂机制。高锰奥氏体钢随温度降低其断裂机制由韧窝状断裂转变到晶界断裂。在固溶处理时快速冷却过程中锰在奥氏体晶界产生不平衡偏聚。由于锰的偏聚层的强度、应变硬化指数和应变硬化率均高于晶内基体材料，因此在加载形变过程中位错在偏聚层处塞积而产生很大的内应力，在偏聚层处的应力远大于晶内，因此在晶界偏聚层处产生晶界断裂。

合金元素对高锰奥氏体超低温钢性能的影响

研究了Fe-Mn-Cr-N系超低温钢的强度和韧性。试验结果表明,在固溶处理时采用空冷比一般通常采用的淬火快冷能获得更好的性能。随着试验温度降低、钢的强发增加而韧性降低。含氮量较高的钢对温度的变化较为敏感。锰含量对强度影响不大,但对韧性有很大影响。在35%Mn时,Fe-Mn-Cr系钢中的低温冲击韧性达到峰值。随着含氮量的提高,钢的强度近似线性增加。在固溶处理时淬火快冷情况下,铬对韧性的影响在7%Cr时其韧性达到最大值。由于在固溶处理时采用空冷工艺以及在钢中加入铬降低了锰在奥氏体晶界上的偏聚,减少了晶界断裂,因此,大大地提高了具有稳定的奥氏体组织的高锰钢的低温韧性。

高锰钢晶界微观应力状态的有限元计算

通过对高锰钢晶粒内部和晶界偏聚硬壳层区域的有限元应力模拟计算，获得了不同偏聚程度条件下的应力状况。计算结果表明，晶界应力集中程度随晶界Ｍｎ偏聚浓度和偏聚层厚度的上升而显著提高，由于晶界偏聚而导致的晶界区域硬壳层对高锰钢的断裂性能是非常有害的。从模拟计算这一角度证实了晶界应力集中是高锰钢产生脆断的主要原因，这与宏微观结构成分和力学性能试验所得到的结果吻合。

高锰奥氏体钢形变硬化特性的计算机辅助测定

采用计算机辅助采样及数据处理的方法,分析研究了三种高锰奥氏体钢的真实应力应变曲线,分别采用Hollomon和Ludwigson公式测定了其应变硬化指数。结果表明,采用Hollomon公式测定应变硬化指数为保证数据准确,应按照几何级数选取应变点;室温下,高锰奥氏体钢均匀变形阶段的真实应力应变曲线满足Ludwigson经验公式。

锰低温钢中锰及合金元素的不平衡偏聚

系统研究了锰低温钢中锰在奥氏体晶界上的不平衡偏聚。研究了锰的质量分数、固溶处理温度和淬火冷却速度对锰不平衡偏聚的影响和不形成锰偏聚的条件。研究了锰低温钢中其他合金元素（铬、钼、硼）在奥氏体晶界上不平衡偏聚的特点及对锰偏聚的影响。用透射电镜的Ｘ射线能量失散谱法（ＴＥＭ－ＥＤＳ）和俄歇能谱法（ＡＥＳ）分析锰的偏聚。用径迹显微照相（ＰＴＡ）技术显示硼原子的显微分布状态。讨论了锰及其他合金元素不平衡偏聚的动力学过程。讨论的论断和试验结果取得了较好的一致。

高锰奥氏体钢超低温冲击韧性

本文通过在超低温下的V型缺口夏比冲击试验和SEM断口分析研究了高锰奥氏体钢的冲击韧性及其影响因素。研究表明:含较高氮的合金对试验温度较敏感。随试验温度的降低,冲击韧性下降很快,对应在断口上是韧性断裂转变为脆性断裂;不含氮的合金冲击韧性变化不大,在-196℃温度下仍为韧性断裂。所有合金固溶处理空冷态的冲击韧性较高.铬含量增加,钢的韧性下降;锰含量对韧性影响有极大值,对应的锰含量为35％左右。