為降低奧氏體不銹鋼的成本,提高奧氏體不銹鋼的力學性能與腐蝕性能,采用理論計算與掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、光電子能譜分析儀等實驗相結(jié)合的方法,研究了氮、銅對低鎳不銹鋼微觀組織、力學性能及耐腐蝕性能的影響,揭示了氮、銅在奧氏體不銹鋼中的作用機理,開發(fā)出一種新型氮銅復合低鎳奧氏體不銹鋼。利用Thermo-Calc熱力學軟件和TCFe-8.0鐵基合金數(shù)據(jù)庫計算了 316L不銹鋼降低至5wt%鎳含量,增加氮含量（0.1～0.4wt%）及銅含量（0～6wt%）對奧氏體、鐵素體相區(qū)范圍的影響。第一性原理計算了γ-Fe、Fe-N、Fe-Ni、Fe-Ni-Cu系的彈性常數(shù)、體系體積模量、剪切模量、彈性模量及體現(xiàn)材料延展性能的力學常數(shù)。計算結(jié)果表明氮對γ-Fe的剪切模量值最高,體模量與剪切模量的比值及泊松比表明增氮對γ-Fe的強度及塑性均有利。銅摻雜使Fe-Ni體系的剪切模量、彈性模量分別降低了 4.22%和3.82%,體積模量與剪切模量之比增大了 2.45%及泊松比提高2.16%,表明銅的摻雜降低了 Fe-Ni體系強度下降,塑性提高。計算結(jié)果確定氮、銅對試驗不銹鋼奧氏體區(qū)與鐵素體區(qū)最佳比例的設計成... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學內(nèi)蒙古自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

國內(nèi)不銹鋼生產(chǎn)結(jié)構分析(a)產(chǎn)量；(b)結(jié)構

第一章緒論1第一章緒論1.1低鎳不銹鋼的發(fā)展不銹鋼具有抗腐蝕、耐高溫、強度大、表面精美、可回收率高等良好性能，被廣泛應用于建筑、交通、能源、石化、環(huán)保、城市景觀、醫(yī)療、餐飲等各個領域。圖1-1（a）表明中國不銹鋼產(chǎn)量近年來的迅速發(fā)展，圖1-1（b）表明由于300系鎳鉻不銹鋼具有加工性、耐蝕性等應用性能優(yōu)勢，2018年產(chǎn)量占全部產(chǎn)量的46.7%，是不銹鋼的主體。300系鎳鉻不銹鋼中鎳作為主要合金元素，尤其是鎳價甚至占到不銹鋼生產(chǎn)成本比例的60~80%，鎳價的波動起伏給我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)帶來了一系列的問題[1-2]。圖1-1國內(nèi)不銹鋼生產(chǎn)結(jié)構分析(a)產(chǎn)量；(b)結(jié)構Fig1-1Analysisofdomesticstainlesssteelproductionstructure(a)Output;(b)Structure中國鎳原礦消耗約占世界總產(chǎn)量的一半，而自采量僅占當年世界開采總量的4%左右[3]（見圖1-2），有研究認為國內(nèi)的鎳資源每年需求量還將增長5％[4]，鎳資源供應無法得到保證，鎳價是影響不銹鋼價格的最重要因素之一，由于奧氏體不銹鋼加熱時不發(fā)生相變，強度較低，而氮作為強奧氏體形成元素，鋼中加氮具有顯著的強化作用，以氮代鎳推動低鎳不銹鋼產(chǎn)品的創(chuàng)新發(fā)展，成為不銹鋼研究的熱點。圖1-2世界鎳資源分布及國內(nèi)消費量統(tǒng)計(a)分布；(b)消費量統(tǒng)計Fig1-2Worldnickelresourcedistributionanddomesticconsumptionstatistics(a)distribution;(b)consumptionstatistics

內(nèi)蒙古工業(yè)大學博士學位論文21.2氮在低鎳不銹鋼中的作用發(fā)展低鎳不銹鋼的條件就是不銹鋼售價不斷降低，市場成本倒掛，鎳資源短缺促進以氮代鎳，降低了不銹鋼原料成本，而且市場經(jīng)濟效益非常好。中國經(jīng)濟發(fā)展推動了鋼鐵產(chǎn)品的升級，以氮代鎳的低鎳不銹鋼就非常符合這一發(fā)展趨勢。1.2.1低鎳不銹鋼中合金元素的作用通過實驗及前人經(jīng)驗總結(jié)[5]，奧氏體不銹鋼的特性與氮、錳、銅、鉬、鎳等元素在鋼中的影響密切相關，見下圖1-3。圖1-3合金元素對不銹鋼的強化影響[5]Fig1-3Effectofalloyingelementsonstrengtheningofstainlesssteels[5]鋼中加氮可以明顯提高不銹鋼的抗拉強度和屈服強度[6-7]，從圖1-3可以明顯看出氮強化奧氏體不銹鋼強度的獨特優(yōu)勢，氮在鋼中的強化作用由氮在鋼中的存在狀態(tài)決定，氮在鋼中的狀態(tài)可分為溶解于固溶體中和以氮化物形式出現(xiàn)。氮與碳一樣，在鐵及鐵合金中以間隙溶質(zhì)原子形式出現(xiàn)，但占據(jù)著不同的晶格位置，由于氮原子占據(jù)在八面體間隙位置因此氮原子更易于在固溶體中均勻分布，但不像碳會導致晶間碳化鉻析出，這是氮在奧氏體及雙相不銹鋼中作為奧氏體穩(wěn)定劑的原因之一。鐵基和氮化物之間的界面能小于鐵基和碳化物之間的界面能，所以氮化物更易形成彌散的細小強化相。另一方面，氮降低了奧氏體中密排不完全位錯，限制了含間隙雜質(zhì)原子團的位錯運動，因此其強化效應比碳強。錳是較弱的奧氏體形成元素。在鎳系奧氏體不銹鋼中錳通常是一種脫氧劑，含量一般為1~2%。但不銹鋼中隨著錳含量的增加，氮在鋼中的溶解度可以顯著提高。對鉻含量超過15%的合金單獨使用錳，即使超過25%也不能形成完全奧氏體，為此必須與碳、氮協(xié)調(diào)使用，常常還加入少量的鎳[5]。銅是弱奧氏體形成元素。但銅可以提高不銹鋼的不銹性和耐蝕性，特別是在?

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3359026