文 献 综 述

奥氏体不锈钢(Austenitic Stainless Steel)是不锈钢类中种类最多、使用量最大的一种钢。自1913年在德国问世以来，一直在不锈钢中扮演着最重要的角色，其使用量约占整个不锈钢产量的65%-70%^[1]。不锈钢的种类较多，常用奥氏体不锈钢的牌号就有40多个,使用较为广泛的奥氏体不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢，如最常见的304、316L不锈钢等^[2]。

奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。奥氏体组织的存在使奥氏体不锈钢具有高韧性和塑性并且无磁性。与其他种类不锈钢相比，奥氏体不锈钢具有较多优异的特性：良好的抗高温氧化性能、耐全面腐蚀性、可焊性以及较好的成型加工性能^[3]。尽管奥氏体不锈钢强度相对较低，但具有较高的加工硬化系数，虽不可能通过相变使之强化，但是能通过冷加工（Cold Rolling）进行强化以提高其强度^[4]。同时，由于奥氏体不锈钢的塑韧性较好，可以通过冷加工的方式，加工成各种形状的设备、管道、附件以及其他部件等，广泛应用于石油、化工、核电、冶金等行业中^[5]。

然而，奥氏体不锈钢在冷加工工程中，会发生组织的变化以及存在加工残余应力等，这对使用于具有腐蚀性介质环境中的设备和管道而言，会在一定程度上影响材料的耐腐蚀性，对其安全性和可靠性产生一定不利的影响。

冷变形或冷加工是金属在再结晶温度以下所进行的变形或加工。冷加工对奥氏体不锈钢的机械性能和组织性能有着重要的影响，主要影响因素为冷轧压下量^[6]。总的来说，奥氏体不锈钢的硬度、强度随着冷轧压下量的增加而增加，延伸率的变化趋势相反，屈服强度和抗拉强度的比值随着冷变形的程度的增加而减小^[7]。同时，冷变形对于不同状态下的奥氏体不锈钢（稳态奥氏体不锈钢和亚稳态奥氏体不锈钢），在强化机理上又有着很大的区别^[8]。

对于稳态奥氏体不锈钢，冷变形的主要变形方式为滑移，随着冷变形程度的增加，滑移由单滑移向多滑移转变，硬度强度提高，这是由于冷变形时位错密度增加的结果^[9]。

对于处于亚稳态的奥氏体不锈钢，其在冷加工中会发生形变，诱发形变马氏体（Martensite）的产生，形变马氏体的数量和硬度随着冷轧压下量的增加而增加，产生的形变马氏体对奥氏体不锈钢的性能有很大影响^[10]。对碳钢和低合金钢而言，根据钢中的碳含量，常见马氏体组织有两种类型，中低碳钢淬火获得板条状马氏体，高碳钢淬火获得针状马氏体。板条状马氏体有很高的强度和硬度，较好的韧性，能承受一定程度的冷加工；针状马氏体又硬又脆，无塑性变形能力，在实际工程中，没有使用意义^[11]。

冷加工过程中产生的形变马氏体，由于马氏体组织的硬度比奥氏体组织硬度高，故冷加工使材料硬度提高，这可在一定程度上提高材料的强度。其次，冷加工产生的位错密度增加也会使材料的硬度提高^[12]。对于提高亚稳态奥氏体不锈钢硬度的最重要因素#8212;#8212;形变马氏体的形成，化学元素决定着马氏体转变温度、层错能以及奥氏体的稳定性^[13]。对于奥氏体不锈钢，化学元素作用可分为两大类，即铬当量元素和镍当量元素，它们分别是铁素体形成元素和奥氏体形成元素。奥氏体形成元素主要有Ni、Mn、C和N，铁素体形成元素主要有Cr、Mo、Si、Nb、Ti。这两大类元素形成了马氏转变的母相基础，并且决定了马氏体转变得可能性和转变过程。对于马氏体转变温度产生重要影响的化学元素主要有C、Al、Co^[14]。层错和层错能是马氏体相变的重要因素，化学元素与层错能之间存在着非线性关系，化学元素交互作用对层错能会有较大影响。奥氏体的稳定性与金属元素有关，化学元素含量（尤其是Ni）越低，奥氏体的稳定性越低。因此，化学元素对奥氏体不锈钢应变强化过程中马氏体的转变起着至关重要的作用，其中C、Cr、Ni的影响最大^[15]。

工业生产过程中，在对材料进行冷加工处理后，还会对其进行固溶处理或退火^[16]。冷加工后进行固溶处理的奥氏体不锈钢，一方面可以改善组织的形貌，使得形变马氏体转化为奥氏体；另一方面，可以极大地降低加工残余应力，这可以在一定程度上较大地提高其抗应力腐蚀开裂的能力。经过冷加工变形后的奥氏体不锈钢，经过适当的退火处理后，不仅可以降低硬度，改善切削加工性；还可以消除残余应力，稳定试样尺寸，减少变形与裂纹倾向以及细化晶粒、调整组织、消除组织缺陷等。但是，在实际生产过程中，由于经过冷加工变形的奥氏体不锈钢设备和管道等不具备进行固溶处理或退火处理的条件或者固溶处理和退火处理进行得不彻底，使得材料中仍然存在组织缺陷、较多的马氏体以及加工残余应力等，会对其在腐蚀环境中的使用性能产生不利的影响，特别是应力腐蚀开裂。

对奥氏体不锈钢设备或管道而言，应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking)是最为主要和常见的失效方式^[17]。影响奥氏体不锈钢压力管道的应力腐蚀开裂的因素多种多样，主要是由于金属材料的敏感性、特定的腐蚀介质以及残余应力的存在^[18]。