各種元素對(duì)不銹鋼組織性能的影響

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1、低鎳奧氏體不銹鋼組織與凝固模式Cr-№-N系奧氏體不銹鋼因?yàn)榫哂械玩嚨统杀咎攸c(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，但是由于成分與傳統(tǒng)的Cr-Ni系奧氏體不銹鋼不同，因此該系列不銹鋼在軋制過(guò)程中容易出現(xiàn)邊裂等問(wèn)題。這種邊裂的產(chǎn)生與凝固模式有關(guān)。奧氏體不銹鋼的凝固模式主要由化學(xué)成分決定，同時(shí)受冷卻速度的影響。本論文選用新型低鎳Cr．Mn-N系奧氏體不銹鋼Crl5Mn9Cu2NilN為實(shí)驗(yàn)材料，利用THE砌ⅥORESTOR-W型焊接熱模擬機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行可控制冷卻速度和調(diào)整Cr、Mn含量的凝固實(shí)驗(yàn)，采用光學(xué)顯微鏡和電子探針等手段，研究了冷卻速度和Cr、Mn含量對(duì)Crl5

2、Mn9Cu2_NilN鋼組織和凝固模式的影響。首先開(kāi)發(fā)了在焊接熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行熔煉試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法。在熔煉實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：保溫時(shí)較大電流會(huì)產(chǎn)生較大電磁攪拌力，進(jìn)而使熔煉后試樣中出現(xiàn)孔洞。這個(gè)問(wèn)題通過(guò)嚴(yán)格控制熱電偶的位置，盡量減小加熱線圈電流和適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間等關(guān)鍵操作得以解決。然后利用開(kāi)發(fā)成功的熔煉實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了控制冷卻速度和改變Cr、Mn含量的凝固實(shí)驗(yàn)?？刂评鋮s速度凝固實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)冷卻速度較小時(shí)，試樣的組織為奧氏體基體上分布著蠕蟲(chóng)狀鐵素體，凝固模式為FA模式；當(dāng)冷卻速度增大時(shí)，凝固模式變?yōu)榇蟛糠忠合嘞任龀鲨F素體，剩余液相直接析出奧氏體模式

3、；隨冷卻速度增大，鐵素體形態(tài)經(jīng)歷了從蠕蟲(chóng)狀向網(wǎng)狀、樹(shù)枝狀和側(cè)板條狀轉(zhuǎn)變。調(diào)整Cr和Mn含量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：Cr含量大于17．8％時(shí)，凝固模式由大部分液相先析出鐵素體而剩余液相直接析出奧氏體模式轉(zhuǎn)變?yōu)镕A模式。Cr含量為18．8％時(shí)，N含量較低的試樣組織變?yōu)殍F素體和奧氏體各占約50％的雙相鋼，N含量較高的試樣組織仍為奧氏體基體上分布有網(wǎng)狀鐵素。含量大于11％時(shí)，Mn由奧氏體化元素轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體化元素，使得凝固模式由液相先析出鐵素體而剩余液相直接析出奧氏體模式轉(zhuǎn)變?yōu)镕A模式，較高的Mn含量增加了固．液界面前沿的成分過(guò)冷度，使得結(jié)晶形態(tài)由胞狀轉(zhuǎn)變?yōu)闃?shù)

4、枝狀。第1章緒論1．1低鎳奧氏體不銹鋼及其發(fā)展趨勢(shì)1．1．1奧氏體不銹鋼分類(lèi)自從上世紀(jì)初，德國(guó)EsseIDⅢ發(fā)明奧氏體不銹鋼以來(lái)，其應(yīng)用和發(fā)展迅速，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中越來(lái)越占據(jù)舉足輕重的地位。奧氏體不銹鋼按成分可分為Cr-Ni系和Cr-Mn-N系兩個(gè)系列。300系列(Cr．Ni系)不銹鋼是最早開(kāi)發(fā)出來(lái)的奧氏體不銹鋼，其代表鋼種為304和316，該系列鋼含有足夠的Cr、Ni元素，通過(guò)較高Ni元素獲得穩(wěn)定的奧氏體組織。這類(lèi)鋼的特點(diǎn)是在室溫和低溫下都具有良好的塑性和韌性、高的彈性模數(shù)、低的熱導(dǎo)率、磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率及良好的可焊接性能和耐腐蝕能力。

5、雖然機(jī)械性能比較低，且和鐵素體不銹鋼一樣不能通過(guò)熱處理強(qiáng)化，但可以通過(guò)冷加工變形的方法，利用加工硬化作用提高它的強(qiáng)度。缺點(diǎn)是該系列不銹鋼對(duì)晶問(wèn)腐蝕及應(yīng)力腐蝕比較敏感，需通過(guò)適當(dāng)?shù)睾辖鹛砑觿┘肮に嚧胧┫?。為獲得特殊性能，可添加其它元素，如Si元素含量一般在1．3塒％，可提高鋼的抗氧化能力，甚至高達(dá)5嘶％可應(yīng)用在特定環(huán)境中耐硝酸腐蝕。為提高層錯(cuò)能，節(jié)約Ni資源而添加Cu元素：為提高鋼的切削性能而添加S元素乜q1；為防止晶界貧Cr，產(chǎn)生晶間腐蝕而添加Ti、Nb等元素以穩(wěn)定組織；為提高抗點(diǎn)腐蝕能力，可添加24吼％的Mo元素，這對(duì)促進(jìn)固溶強(qiáng)化作用也

6、是十分有利的。200系列(Cr．Mn．N系)奧氏體不銹鋼具有高M(jìn)n、N低Ni的特點(diǎn)，是為節(jié)約Ni資源而開(kāi)發(fā)出來(lái)的，它的奧氏體化元素除Mn之外還有N，其N(xiāo)i含量低于300系列不銹鋼，鋼中Mn起穩(wěn)定奧氏體的作用。由于N強(qiáng)烈地形成并穩(wěn)定奧氏體且起很好的固溶強(qiáng)化作用，提高了奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度，因此這個(gè)系列的不銹鋼，適宜在承受較重負(fù)荷而耐蝕性要求不太高的設(shè)備和部件上使用H。61。目前，美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)、中國(guó)、韓國(guó)、印度等主要不銹鋼生產(chǎn)國(guó)家都有200系列的不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)和牌號(hào)。其中，以美國(guó)、中國(guó)和俄羅斯在標(biāo)準(zhǔn)中納入的200系列牌號(hào)最多。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)最完整

7、，至少有28個(gè)200系列不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)和企業(yè)牌號(hào)。印度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中200系列鋼種只有1個(gè)，但印度Jin(1aJ公司200系列不銹鋼有J1、J3和J4共3個(gè)牌號(hào)。印度J1、J4牌號(hào)比較特殊，全球諸多國(guó)家和廠商均沒(méi)有與之相對(duì)應(yīng)的牌號(hào)№，。1．1國(guó)內(nèi)外200系列不銹鋼相應(yīng)牌號(hào)及化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%。表1．2低鎳奧氏體不銹鋼發(fā)展局勢(shì)。低鎳是不銹鋼中主要的合金元素，它是奧氏體形成元素。但是，鎳資源屬于緊缺資源，由于全球硫化鎳礦資源已出現(xiàn)危機(jī)，新增產(chǎn)量十分有限，新紅土鎳礦開(kāi)發(fā)利用受諸多因素影響，短時(shí)期內(nèi)難以形成產(chǎn)能。因此，今后幾年鎳市場(chǎng)將出現(xiàn)供應(yīng)嚴(yán)重短

8、缺的局面。2003年，我國(guó)生產(chǎn)鎳精礦含量6．2萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)13．6％，電解鎳6．7萬(wàn)噸，增長(zhǎng)25．2％，進(jìn)口精鎳6．72萬(wàn)噸，增長(zhǎng)113．3％，鎳合金、鎳材2．65萬(wàn)噸，增長(zhǎng)3