微量元素對不銹鋼晶粒尺寸控制和細晶強化效果的影響研究.pdf

1、不銹鋼目前的發(fā)展趨勢是高純凈化，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，但是也帶來了晶粒粗化、強度降低的負面影響。奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼由于在整個固相溫度范圍內均不存在同素異晶型轉變，因此不能利用相變進行強化，而固溶強化必然造成成本的顯著提高，且強化效果也不大。所以，有效地利用細晶強化對于高性能低成本不銹鋼開發(fā)極為重要。晶粒細化對強度的影響是通過Hall-Petch關系式σs=σ0+kyd-1/2進行描述的，影響細晶

2、強化效果的關鍵因素是式中的ky值和晶粒尺寸長大傾向。本實驗試圖通過微合金化技術，探索通過控制晶?；瘜W成分，在達到控制晶粒粗化的同時，提高細晶強化效果、有效提高不銹鋼強度的途徑，為低成本高強度不銹鋼的開發(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象，利用微合金化技術熔煉了10種不同成分的合金。合金熱軋板冷軋后進行再結晶退火處理以使晶粒尺寸在一定范圍內變化，然

3、后進行不同溫度的晶界結構均一化熱處理以消除不同溫度熱處理帶來晶界偏聚量的差異，最后進行力學性能測試、顯微組織觀察和晶粒尺寸統(tǒng)計，將所得數(shù)據(jù)處理成Hall-Petch關系式。通過對不同成分合金和不同熱處理制度的對比，研究了微量元素Nb、B、C、N對不銹鋼再結晶晶粒尺寸和機械性能的晶粒尺寸依存性的影響規(guī)律，根據(jù)實驗結果得到以下結論： (1)微量C對于奧氏體和鐵素體不銹鋼的晶粒長大起促進作用，微量N起顯著的細化作用。在含有C、N的奧氏

4、體和鐵素體不銹鋼中加入強碳氮化物形成元素Nb，可以有效抑制晶粒長大。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化。 (2)微量C、N和B對奧氏體不銹鋼的Hall-Petch關系式中的σ0影響不大，N和B可以提高細晶強化系數(shù)ky。微量Nb可以與部分C、N元素結合形成Nb(C，N)，在700℃均一化熱處理時，對σ0影響不大，但能夠提高細晶強化系數(shù)ky值；在500℃均一化熱處理時，使σ0降低，而ky值提高更加顯著。

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