微量元素對(duì)不銹鋼晶粒尺寸控制和細(xì)晶強(qiáng)化效果的影響研究.pdf

1、不銹鋼目前的發(fā)展趨勢(shì)是高純凈化，高純凈化在改善不銹鋼的耐蝕性和韌性方面起到了重要的作用，但是也帶來(lái)了晶粒粗化、強(qiáng)度降低的負(fù)面影響。奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼由于在整個(gè)固相溫度范圍內(nèi)均不存在同素異晶型轉(zhuǎn)變，因此不能利用相變進(jìn)行強(qiáng)化，而固溶強(qiáng)化必然造成成本的顯著提高，且強(qiáng)化效果也不大。所以，有效地利用細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)于高性能低成本不銹鋼開(kāi)發(fā)極為重要。晶粒細(xì)化對(duì)強(qiáng)度的影響是通過(guò)Hall-Petch關(guān)系式σs=σ0+kyd-1/2進(jìn)行描述的，影響細(xì)晶

2、強(qiáng)化效果的關(guān)鍵因素是式中的ky值和晶粒尺寸長(zhǎng)大傾向。本實(shí)驗(yàn)試圖通過(guò)微合金化技術(shù)，探索通過(guò)控制晶粒化學(xué)成分，在達(dá)到控制晶粒粗化的同時(shí)，提高細(xì)晶強(qiáng)化效果、有效提高不銹鋼強(qiáng)度的途徑，為低成本高強(qiáng)度不銹鋼的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。 本研究以Fe-18％Cr-10％Ni奧氏體不銹鋼和Fe-18％Cr-1.5％Mo鐵素體不銹鋼為研究對(duì)象，利用微合金化技術(shù)熔煉了10種不同成分的合金。合金熱軋板冷軋后進(jìn)行再結(jié)晶退火處理以使晶粒尺寸在一定范圍內(nèi)變化，然

3、后進(jìn)行不同溫度的晶界結(jié)構(gòu)均一化熱處理以消除不同溫度熱處理帶來(lái)晶界偏聚量的差異，最后進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試、顯微組織觀察和晶粒尺寸統(tǒng)計(jì)，將所得數(shù)據(jù)處理成Hall-Petch關(guān)系式。通過(guò)對(duì)不同成分合金和不同熱處理制度的對(duì)比，研究了微量元素Nb、B、C、N對(duì)不銹鋼再結(jié)晶晶粒尺寸和機(jī)械性能的晶粒尺寸依存性的影響規(guī)律，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到以下結(jié)論： (1)微量C對(duì)于奧氏體和鐵素體不銹鋼的晶粒長(zhǎng)大起促進(jìn)作用，微量N起顯著的細(xì)化作用。在含有C、N的奧氏

4、體和鐵素體不銹鋼中加入強(qiáng)碳氮化物形成元素Nb，可以有效抑制晶粒長(zhǎng)大。微量B增加奧氏體不銹鋼的晶粒粗化傾向，但使鐵素體不銹鋼的晶粒細(xì)化。 (2)微量C、N和B對(duì)奧氏體不銹鋼的Hall-Petch關(guān)系式中的σ0影響不大，N和B可以提高細(xì)晶強(qiáng)化系數(shù)ky。微量Nb可以與部分C、N元素結(jié)合形成Nb(C，N)，在700℃均一化熱處理時(shí)，對(duì)σ0影響不大，但能夠提高細(xì)晶強(qiáng)化系數(shù)ky值；在500℃均一化熱處理時(shí)，使σ0降低，而ky值提高更加顯著。

5、 (3)當(dāng)向奧氏體不銹鋼同時(shí)加入微量N和Nb，使ky顯著升高；在700℃均一化熱處理時(shí)，對(duì)σ0影響不大；在500℃均一化熱處理時(shí)，使σ0顯著降低。當(dāng)元素原子比Nb：(C+N)＞1時(shí)，均一化熱處理溫度從700℃降低到500℃，ky升高；當(dāng)元素原子比Nb：(C+N)＜1時(shí)，均一化熱處理溫度從700℃降低到500℃，ky降低。 (4)微量的C、N、B、Nb的加入，對(duì)鐵素體不銹鋼在700℃均一化熱處理后Hall-Petch關(guān)系式