【摘要】：Fe-Mn-Al-C系低密度鋼因其具有高的強(qiáng)塑積而成為國內(nèi)外的研究熱點,有望成為汽車輕量化的備選材料體系。而其具有的高Al特征,使其希望成為制備高溫抗氧化和電化學(xué)腐蝕構(gòu)件的備選材料體系。本文從Al含量調(diào)控和Si代Al的角度出發(fā),設(shè)計了Mn27Al10Ni3、Mn27Al11Ni3和Mn27Al9Si2Ni3三種成分的高錳高鋁Fe-Mn-Al-1C低密度鋼,研究了其高溫氧化腐蝕和電化學(xué)腐蝕行為及機(jī)理,為拓展高錳高鋁Fe-Mn-Al-C系低密度鋼的應(yīng)用領(lǐng)域提供實驗依據(jù)和理論基礎(chǔ)。基于Al含量調(diào)控的Mn27Al10Ni3和Mn27Al11Ni3兩種高錳高鋁低密度鋼的高溫氧化研究結(jié)果表明,兩種鋼的高溫氧化動力學(xué)曲線遵循拋物線規(guī)律,氧化膜由內(nèi)到外主要由Al_2O_3、Fe_3O_4、Fe_2O_3、Mn_3O_4以及Mn_2O_3物相構(gòu)成。在氧化過程中,Al元素的氧化物在基體表面大量富集,并形成連續(xù)的氧化膜,并且隨著溫度的增加,促使Al元素形成的氧化物在基體表面富集程度增加。Al含量的增加,加快氧化層內(nèi)部孔洞的填補(bǔ)速率,增加了氧化層的致密度以及附著力,提高材料的抗高溫氧化性能�；赟i代Al的Mn27Al11Ni3和Mn27Al9Si2Ni3兩種高錳高鋁低密度鋼的高溫氧化研究結(jié)果表明,兩種鋼的高溫氧化動力學(xué)曲線遵循拋物線規(guī)律,氧化膜由內(nèi)到外主要有Al_2O_3、SiO_2、Fe_3O_4、Fe_2O_3、Mn_3O_4以及Mn_2O_3構(gòu)成。通過2wt%Si取代2wt%Al元素,Mn27Al9Si2Ni3表現(xiàn)出良好的抗氧化性能。Si元素的添加使得氧化層致密度以及附著力增加,降低氧化層表面孔洞以及微裂紋的發(fā)生機(jī)率,增加材料的抗氧化性能。另外Si元素優(yōu)先在基體表面發(fā)生氧化形成致密的氧化膜,并且溫度升高,氧化物始終在基體表面富集,并且富集程度增加。基于Si代Al的兩種高錳高鋁低密度鋼Mn27Al11Ni3和Mn27Al9Si2Ni3的電化學(xué)腐蝕研究結(jié)果表明,在3.5wt%NaCl溶液腐蝕中,隨著Si元素的引入使得低密度鋼的腐蝕電流密度從4.11×10~(-6) A·cm~(-2)降到1.06×10~(-6) A·cm~(-2),同時低密度鋼的點蝕電位也正移0.01 V,并且顯著提高了低密度鋼抵抗Cl~-侵蝕的能力;在1molNa_2SO_4溶液腐蝕中,隨著Si元素的引入低密度鋼的腐蝕電流密度從1.86×10~(-6) A·cm~(-2)降低到1.95×10~(-6) A·cm~(-2),并且擊破電位也正移了0.0738V,使得低密度鋼抵抗SO_4~(2-)侵蝕的能力增強(qiáng)。這兩種材料與傳統(tǒng)的304不銹鋼相比,在抵抗Cl~-以及SO_4~(2-)侵蝕的能力與傳統(tǒng)不銹鋼存在一定的差距。
【圖文】：

Mn、Al 元素代替昂貴的 Cr-Ni 元素。隨后一些學(xué)者通過向高強(qiáng)鋼（HSS— ength Steel）中，添加 Al、Mn 等元素，提高材料的力學(xué)性能，并且獲得密度Fe-Mn-Al-C 系低密度鋼。這種鋼材對汽車、船舶、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計及發(fā)展，，都產(chǎn)生了巨大的影響。Fe-Mn-Al 系低密度鋼目前在汽車用鋼上的應(yīng)用較多。隨著汽車行業(yè)的發(fā)Mn-Al 系低密度鋼也在不斷地更新?lián)Q代。如圖 1.2 所示，分別為低碳鋼、傳統(tǒng)先進(jìn)高強(qiáng)鋼以及高錳鋼。這些鋼通過控制合金元素的含量以及種類，改進(jìn)材。V.F.Zackay[14]等人發(fā)現(xiàn)并命名 TRIP 鋼，這種鋼的組織主要由鐵素體、貝殘余奧氏體三相組成。相變誘導(dǎo)塑性鋼主要是由于在使用過程中，殘余奧氏體晶體結(jié)構(gòu)存在較大差異，當(dāng)材料中的殘余奧氏體向高碳馬氏體轉(zhuǎn)變時，體膨脹。這樣可以降低塑性變形的不穩(wěn)定性，進(jìn)而擴(kuò)大了均勻變形的范圍。這高了 TRIP 鋼的抗拉強(qiáng)度以及塑性。Ha yami[4]等人在對 DP (dual-phase)鋼的時，發(fā)現(xiàn)殘余奧氏體的存在，同時在力學(xué)性能檢測發(fā)現(xiàn) DP 鋼也發(fā)生了 TR由于 TRIP 鋼所添加的元素相對比較的昂貴，一些學(xué)者及科研機(jī)構(gòu)使用 Si、金元素來代替 Ni、Cr 合金，從而研發(fā)出新體系的 TRIP 鋼。

圖 2.2 三種高錳高鋁低密度鋼鋼錠形狀Three high manganese high-density low-density stee制定以及實施，進(jìn)行鍛造開坯。鍛造工藝流程如圖 2.3 所鋼錠清理隨爐加熱至 1150 ℃，保溫 2 h鍛造開坯
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG142.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 唐正友;吳志強(qiáng);昝娜;丁樺;;高錳TRIP/TWIP效應(yīng)共生鋼高速變形過程中的組織演變及變形行為[J];金屬學(xué)報;2011年11期

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 張興洪;C、Si、Cr、Mo含量對2507鑄造雙相不銹鋼組織和性能的影響[D];哈爾濱理工大學(xué);2014年

2 紀(jì)顯彬;汽車鋼板的氧化熱力學(xué)及動力學(xué)分析[D];武漢科技大學(xué);2010年

本文編號：2659452