發(fā)布時間：2018-01-17 03:31

  本文關(guān)鍵詞：具有TRIP效應(yīng)的19Cr經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼成分設(shè)計、性能及相變機(jī)理研究　出處：《上海大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：雙相不銹鋼是由鐵素體(a)和奧氏體(g)兩相組成的,同時兼具奧氏體不銹鋼優(yōu)良的韌性和可焊接性以及鐵素體不銹鋼的高強(qiáng)度和耐應(yīng)力腐蝕的性能,目前被廣泛地應(yīng)用于海洋、原漿、石油化工、造紙和能源等行業(yè)。近年來由于鎳和鉬等原材料價格劇烈波動和鋼鐵生產(chǎn)環(huán)保壓力地加大,近無鎳無鉬同時具有更佳力學(xué)性能的經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼正在成為發(fā)展先進(jìn)鋼鐵結(jié)構(gòu)材料的重要研究方向。本文嘗試使用低成本的錳和氮元素來代替鉻和鎳元素,研究開發(fā)具有相變增塑效應(yīng)的Fe-Cr-Mn-N系經(jīng)濟(jì)型19Cr雙相不銹鋼薄板材料。本論文從合金元素對雙相不銹鋼性能的影響著手,采用透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、拉曼光譜分析(RS)和Thermo-Calc熱力學(xué)平衡相圖計算等技術(shù),研究了Mn、N和Si元素對于19Cr雙相不銹鋼組織、室溫力學(xué)和高溫氧化性能的影響以及室溫拉伸變形機(jī)制,優(yōu)化出最佳合金成分,并在此基礎(chǔ)上研究了冷熱加工、時效處理以及回火處理后合金組織與性能的變化。主要結(jié)論如下:1)自主設(shè)計的19Cr-x Mn-0.3Ni-0.2N(x=5.5~15),19Cr-10Mn-0.3Ni-yN(y=0.2~0.3)和19Cr-5.5Mn-0.3Ni-zSi-0.2N(z=0.5~2.5)經(jīng)濟(jì)型雙相不銹鋼在1100℃固溶處理后基體組織均由鐵素體-奧氏體兩相組成。隨著材料中錳含量的增加,鐵素體含量逐漸降低,室溫抗拉強(qiáng)度逐漸降低,斷裂延伸率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。錳含量為10 wt.%的雙相不銹鋼室溫拉伸過程中奧氏體發(fā)生相變誘發(fā)塑性效應(yīng),抗拉強(qiáng)度約800 MPa,斷裂延伸率超過65%。在1100℃空氣條件下等溫氧化過程中,隨著錳含量的提高,基體與氧化膜之間誘導(dǎo)產(chǎn)生鐵素體過渡層的厚度逐漸增加,較高錳含量的雙相不銹鋼氧化過程中會形成連續(xù)且致密的Cr_2O_3氧化膜,材料的抗氧化性能逐漸提高。在錳含量為10 wt.%雙相不銹鋼高溫氧化過程中,由于錳元素向外擴(kuò)散量的增加,使得其鐵素體過渡層上的破損區(qū)域隨著氧化時間延長發(fā)生自修復(fù)。雙相不銹鋼室溫抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率均會隨著氮含量的增加而提高。不同氮含量的雙相不銹鋼在1100℃空氣條件下氧化過程中,氧化增重滿足拋物線規(guī)律。隨著氮含量的增加,材料耐氧化性能逐漸降低。在氮含量較高的雙相不銹鋼氧化過程中,由于氮元素向外擴(kuò)散量的增加,高溫氧化行為優(yōu)先在鐵素體過渡層的破損區(qū)域發(fā)生,并且隨著氧化時間的延長,氧化向基體中的奧氏體相區(qū)域內(nèi)發(fā)展。然而,在連續(xù)鐵素體過渡層上方的氧化膜內(nèi)層仍然會形成連續(xù)致密的cr2o3氧化膜,保持良好的耐氧化性。隨著硅含量的提高,鐵素體含量逐漸升高,室溫抗拉強(qiáng)度逐漸降低,斷裂延伸率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。硅含量為1.5wt.%的雙相不銹鋼表現(xiàn)出最佳的塑性,斷裂延伸率達(dá)到約52%。較高硅含量的雙相不銹鋼在1100℃空氣條件下等溫氧化過程中,氧化膜內(nèi)層會形成致密的cr2o3和sio2氧化膜,材料耐氧化性能提高。綜合力學(xué)性能最好的雙相不銹鋼在室溫拉伸過程中鐵素體相以位錯的滑移為變形機(jī)制;奧氏體遵循g→e-馬氏體→a'-馬氏體的轉(zhuǎn)變過程發(fā)生了相變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變,提高了雙相不銹鋼的塑性。e-馬氏體與奧氏體基體滿足s-n關(guān)系,a'-馬氏體與奧氏體基體滿足k-s和n-w關(guān)系。根據(jù)材料綜合的室溫力學(xué)性能及高溫抗氧化性能,優(yōu)化出的雙相不銹鋼典型成分為00cr19mn10ni0.3n0.25。2)固溶處理后的00cr19mn10ni0.3n0.25雙相不銹鋼冷軋過程中,鐵素體相以位錯的滑移為變形機(jī)制。奧氏體組織演變過程隨著軋制變形量的增加表現(xiàn)為分階段變形特點:當(dāng)軋制變形量小于50%時,奧氏體相中發(fā)生位錯滑移。位錯在孿晶界處纏結(jié),造成應(yīng)力集中;當(dāng)冷軋變形量超過50%時,奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變,變形奧氏體相的硬化效果要優(yōu)于鐵素體相,同時材料耐氯離子點蝕性能隨著冷軋變形量的增加而逐漸降低。固溶態(tài)樣品極化后,點蝕坑優(yōu)先在鐵素體相內(nèi)和鐵素體/奧氏體相界處產(chǎn)生。軋制后的材料在變形奧氏體區(qū)域會出現(xiàn)額外的點蝕坑。00cr19mn10ni0.3n0.25雙相不銹鋼室溫拉伸過程中表現(xiàn)出明顯的對應(yīng)變速率的敏感效應(yīng)。隨著拉伸應(yīng)變速率的提高,誘導(dǎo)產(chǎn)生馬氏體含量逐漸降低,相變誘發(fā)塑性效應(yīng)進(jìn)行不充分,抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率均會下降。拉伸斷裂時微裂紋優(yōu)先在鐵素體/奧氏體相界處萌生。3)固溶態(tài)雙相不銹鋼在750℃時效過程中s相析出,抗拉強(qiáng)度逐漸提高,耐氯離子點腐蝕性能逐漸降低;475℃時效過程中,鐵素體相發(fā)生調(diào)幅分解,鐵素體晶粒內(nèi)部析出塊狀富鉻a'cr相,同時在鐵素體/鐵素體和鐵素體/奧氏體晶界處析出Cr23C6碳化物。晶內(nèi)和晶界處析出物的存在降低了材料的室溫韌性和耐氯離子點蝕性能;350℃時效處理對于固溶態(tài)雙相不銹鋼的影響不大,時效處理樣品的室溫力學(xué)及耐氯離子點蝕性能均和固溶態(tài)樣品相當(dāng)。4)預(yù)變形量80%的冷軋態(tài)00Cr19Mn10N i0.3N0.25雙相不銹鋼在500~850℃回火過程中,軋制變形誘發(fā)的馬氏體在短時間內(nèi)就完成了向奧氏體的逆轉(zhuǎn)變。850℃回火處理30 min可以獲得晶粒尺寸為2~4mm的細(xì)小等軸晶組織,材料室溫拉伸過程中表現(xiàn)出良好的強(qiáng)韌性搭配:抗拉強(qiáng)度接近1000 MPa,斷裂延伸率接近60%。上述大量實驗研究結(jié)果表明,該種具有相變增塑效應(yīng)的Fe-Cr-Mn-N系經(jīng)濟(jì)型19Cr雙相不銹鋼成分建議如下:C≤0.03 wt.%,Cr:18.0~20.0 wt.%,Mn:9.0~11.0 wt.%,N i:0.2~0.4 wt.%,N:0.15~0.30 wt.%,Si≤1.0 wt.%,B:80 ppm,稀土Ce或者Y:0.005~0.20 wt.%,其余部分為鐵。
[Abstract]:In recent years , the effect of Mn , N and Si on the properties of duplex stainless steel with phase change is studied by means of transmission electron microscope ( TEM ) , scanning electron microscope ( SEM ) , X - ray diffraction ( XRD ) , Raman spectroscopy ( RS ) and thermodynamic equilibrium phase diagram . The transformation process of austenite following g 鈫，

本文編號：1436145