【2017年整理】各种元素对不锈钢组织性能的影响.doc

低镍奥氏体不锈钢组织与凝固模式 Cr-№-N系奥氏体不锈钢因为具有低镍低成本特点而受到广泛关注，但是由于成分与传统的Cr-Ni系奥氏体不锈钢不同，因此该系列不锈钢在轧制过程中容易出现边裂等问题。这种边裂的产生与凝固模式有关。奥氏体不锈钢的凝固模式主要由化学成分决定，同时受冷却速度的影响。本论文选用新型低镍Cr．Mn-N系奥氏体不锈钢Crl5Mn9Cu2NilN为实验材料，利用THE砌ⅥORESTOR-W型焊接热模拟机对试样进行可控制冷却速度和调整Cr、Mn含量的凝固实验，采用光学显微镜和电子探针等手段，研究了冷却速度和Cr、Mn含量对Crl5Mn9Cu2_NilN钢组织和凝固模式的影响。 首先开发了在焊接热模拟试验机上进行熔炼试验的实验方法。在熔炼实验中发现：保温时较大电流会产生较大电磁搅拌力，进而使熔炼后试样中出现孔洞。这个问题通过严格控制热电偶的位置，尽量减小加热线圈电流和适当延长保温时间等关键操作得以解决。然后利用开发成功的熔炼实验方法进行了控制冷却速度和改变Cr、Mn含量的凝固实验。 控制冷却速度凝固实验结果表明：当冷却速度较小时，试样的组织为奥氏体基体上分布着蠕虫状铁素体，凝固模式为FA模式；当冷却速度增大时，凝固模式变为大部分液相先析出铁素体，剩余液相直接析出奥氏体模式；随冷却速度增大，铁素体形态经历了从蠕虫状向网状、树枝状和侧板条状转变。 调整Cr和Mn含量实验结果表明：Cr含量大于17．8％时，凝固模式由大部分液相先析出铁素体而剩余液相直接析出奥氏体模式转变为FA模式。Cr含量为18．8％时，N含量较低的试样组织变为铁素体和奥氏体各占约50％的双相钢，N含量较高的试样组织仍为奥氏体基体上分布有网状铁素。含量大于11％时，Mn由奥氏体化元素转变为铁素体化元素，使得凝固模式由液相先析出铁素体而剩余液相直接析出奥氏体模式转变为FA模式，较高的Mn含量增加了固．液界面前沿的成分过冷度，使得结晶形态由胞状转变为树枝状。 第1章绪论 1．1低镍奥氏体不锈钢及其发展趋势 1．1．1奥氏体不锈钢分类 自从上世纪初，德国EsseIDⅢ发明奥氏体不锈钢以来，其应用和发展迅速，在国民经济和社会发展中越来越占据举足轻重的地位。奥氏体不锈钢按成分可分为Cr-Ni系和Cr-Mn-N系两个系列。 300系列(Cr．Ni系)不锈钢是最早开发出来的奥氏体不锈钢，其代表钢种为304和316，该系列钢含有足够的Cr、Ni元素，通过较高Ni元素获得稳定的奥氏体组织。这类钢的特点是在室温和低温下都具有良好的塑性和韧性、高的弹性模数、低的热导率、磁导率和电导率及良好的可焊接性能和耐腐蚀能力。虽然机械性能比较低，且和铁素体不锈钢一样不能通过热处理强化，但可以通过冷加工变形的方法，利用加工硬化作用提高它的强度。缺点是该系列不锈钢对晶问腐蚀及应力腐蚀比较敏感，需通过适当地合金添加剂及工艺措施消除。为获得特殊性能，可添加其它元素，如Si元素含量一般在1．3埘％，可提高钢的抗氧化能力，甚至高达5嘶％可应用在特定环境中耐硝酸腐蚀。为提高层错能，节约Ni资源而添加Cu元素：为提高钢的切削性能而添加S元素乜q1；为防止晶界贫Cr，产生晶间腐蚀而添加Ti、Nb等元素以稳定组织；为提高抗点腐蚀能力，可添加24吼％的Mo元素，这对促进固溶强化作用也是十分有利的。 200系列(Cr．Mn．N系)奥氏体不锈钢具有高Mn、N低Ni的特点，是为节约Ni资源而开发出来的，它的奥氏体化元素除Mn之外还有N，其Ni含量低于300系列不锈钢，钢中Mn起稳定奥氏体的作用。由于N强烈地形成并稳定奥氏体且起很好的固溶强化作用，提高了奥氏体不锈钢的强度，因此这个系列的不锈钢，适宜在承受较重负荷而耐蚀性要求不太高的设备和部件上使用H。61。 目前，美国、日本、德国、法国、中国、韩国、印度等主要不锈钢生产国家都有200系列的不锈钢标准和牌号。其中，以美国、中国和俄罗斯在标准中纳入的200系列牌号最多。美国标准最完整，至少有28个200系列不锈钢标准牌号和企业牌号。印度国家标准中200系列钢种只有1个，但印度Jin(1aJ公司200系列不锈钢有J1、J3和J4共3个牌号。印度J1、J4牌号比较特殊，全球诸多国家和厂商均没有与之相对应的牌号№，。 1．1国内外200系列不锈钢相应牌号及化学成分(质量分数)%。 表 1．2低镍奥氏体不锈钢发展局势。 低镍是不锈钢中主要的合金元素，它是奥氏体形成元素。但是，镍资源属于紧缺资源，由于全球硫化镍矿资源已出现危机，新增产量十分有限，新红土镍矿开发利用受诸多因素影响，短时期内难以形成产能。因此，今后几年镍市场将出现供应严重短缺的局面。2003年，我国生产镍精矿含量6．2万吨，同比增长13．6％，电解镍6．7万吨，增长25．2％，进口精镍6．72万吨，增长113．3％，镍