低氧高氮不銹鋼的熔煉及其耐蝕性研究.pdf

1、臨床上使用的醫(yī)用不銹鋼材料仍是以316L及317L為主。但是這些醫(yī)用不銹鋼的耐腐蝕性能并不十分令人滿意。隨著含氮鋼的迅猛發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越多地認(rèn)識(shí)到氮對(duì)改善鋼性能的有利影響。由于氮的作用，高氮不銹鋼鋼在力學(xué)及腐蝕性能方面優(yōu)于普通不銹鋼。近年來(lái)隨著加壓冶金技術(shù)水平的不斷提高，奧氏體不銹鋼中氮的加入量在不斷增加。
　　 為了獲得高的耐蝕性的不銹鋼，本研究分別從高氮和低氧雙方面著手。對(duì)鋼液吸氮與脫氮過(guò)程進(jìn)行了分析，綜合溫度、氮分壓、合金

2、成分等因素對(duì)鋼中氮的溶解度的影響，導(dǎo)出了不銹鋼熔體中氮的溶解度計(jì)算式，并對(duì)高氮鋼凝固過(guò)程中氮的行為進(jìn)行了分析，為獲取高氮含量的316L不銹鋼提供了理論依據(jù)。論文還對(duì)鋼的脫氧基本理論進(jìn)行了論述，并對(duì)脫氧劑的脫氧能力進(jìn)行了分析，結(jié)合他人的實(shí)驗(yàn)及研究成果，分析確定了高氮316L不銹鋼的脫氧實(shí)驗(yàn)中采取的脫氧方案。
　　 實(shí)驗(yàn)中采用高頻真空/高壓感應(yīng)爐在氮?dú)夥障?，在MgO坩堝內(nèi)對(duì)316L不銹鋼粉末進(jìn)行了熔煉，實(shí)驗(yàn)壓力分別為0.1、0.2、

3、0.4、0.6、0.8、1.0MPa，反應(yīng)溫度控制在1497～1638℃的范圍。為了獲得低氧含量的高氮不銹鋼，采用鋁、硅鈣合金以及二者混合物進(jìn)行了脫氧研究。研究得出了實(shí)驗(yàn)條件下316L不銹鋼增氮的動(dòng)力學(xué)方程；氮分壓在1.0MPa以下的范圍內(nèi)，氮在316L不銹鋼中的溶解度服從Sievert定律；利用溶解度的預(yù)測(cè)公式計(jì)算得到的氮含量預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值相吻合；在1.0MPa的氮分壓下，316L不銹鋼中的氮含量達(dá)到了0.635％；采用鋁、硅鈣合金混

4、合脫氧的試樣達(dá)到了最好的脫氧效果，氧含量最低降低到了0.0019％；對(duì)高氮不銹鋼的不同脫氧劑的脫氧效果進(jìn)行了理論分析。
　　 對(duì)不銹鋼中的析出物及夾雜物進(jìn)行了掃描電鏡及能譜分析，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：未經(jīng)脫氧及增氮處理的316L不銹鋼中的夾雜以SiO2為主，且數(shù)量較多；采用Al脫氧的高氮不銹鋼中的夾雜則以AlN大型夾雜為主，并且這種大型的AlN夾雜一般為不規(guī)則的塊狀，它是脫氧劑Al被N氧化后的產(chǎn)物；而經(jīng)SiCa脫氧的高氮不銹鋼中的

5、夾雜物相對(duì)較少，尺寸也較小，這是由于經(jīng)Ca處理后，鋼中大部分的SiO2夾雜被還原或變性為復(fù)合夾雜而上浮排出了鋼液，最終鋼中的夾雜以成分復(fù)雜的含N的化合物為主。同時(shí)發(fā)現(xiàn)高氮不銹鋼中存在有典型的Cr2N夾雜。從析出物的觀察結(jié)果中可以看出，316L不銹鋼中含有σ相，且含氮不銹鋼試樣中的σ相相比不含氮的試樣有了很大程度上的減少，這主要是由于氮合金化阻滯了其形成。
　　 本研究采用Tafel極化曲線法對(duì)316L不銹鋼在37℃下0.9％的N

6、aCl溶液中的耐蝕性能進(jìn)行了測(cè)試，并運(yùn)用交流阻抗法進(jìn)行了驗(yàn)證。研究了氮含量對(duì)316L不銹鋼的耐蝕性的影響，同時(shí)也獲得了脫氧方法對(duì)高氮316L不銹鋼的耐蝕性的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氮對(duì)不銹鋼耐腐蝕性能有明顯的有利作用，316L不銹鋼的耐腐蝕性能隨氮含量的先是呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，氮含量為0.413％時(shí)316L不銹鋼的耐蝕性能最佳，當(dāng)?shù)看笥?.413％后，316L不銹鋼的耐腐蝕性能隨著氮含量的增加呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。降低氧含量對(duì)于高氮31