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铁素体不锈钢热轧态组织特征及其对性能影响研究

作　者: 舒俊
导　师: 杨瑞成
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料学
关键词: 铁素体不锈钢非金属夹杂物碳化物颗粒分层断口晶间腐蚀剥蚀
分类号: TG142.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

作为机械零部件三种主要失效形式之一,腐蚀问题直接关系到国民经济各个领域。随着现代工业的快速发展,不锈钢在现代机械生产加工中得到广泛应用,为节约生产成本,铁素体不锈钢的发展越来越受到重视。本文研究了三种铁素体不锈钢410S（0Cr13）、430（1Cr17）和409L（00Cr12Ti）热轧态的组织、性能及其影响。主要采用特殊腐蚀剂、显微硬度、扫描电镜、能谱分析、比热曲线、透射电镜、电子探针和不同酸性腐蚀介质中的浸泡腐蚀等手段分析了三种铁素体不锈钢中非金属夹杂物的成分与来源、金相组织组成、断口侧向分层原因和剥蚀机理,并用定量法将拉伸性能、腐蚀性能和显微组织特征结合起来研究。结果表明:三种铁素体不锈钢纵向和横向夹杂物差别不大,主要以氧化物为主,级别≤1.5级,整体夹杂物基本为细系,符合钢中夹杂物的要求。410S和430不锈钢夹杂物主要来自于脱氧过程中所用的材料、炉渣、耐火材料及耐火材料中的氧化物与脱氧渣中的氧化硅之间的反应形成的。409L不锈钢中含有与N亲和力较强的A1和Ti等元素,这些元素能与（吹N₂）气氛中的氮以及溶解于钢中的氮结合,形成氮化物夹杂。410S、430和409L三种铁素体不锈钢热轧态的金相组织组成分别为:基体铁素体+～30%超低碳马氏体+少量（Cr,Fe）₂₃C₆碳化物、基体铁素体+（Cr,Fe）₂₃C₆碳化物和基体铁素体+少量（Cr,Fe）₂₃C₆碳化物组成。410S和430不锈钢中条带组织较为明显,为转变产物,且是冶金结合,作为铁素体基体上条带分布的第二相,或是具有一定数量的强韧相,或主要是微细碳化物成串的离散分布。因此,410S、430条带组织既不同于常见危害性较大的带状组织。所以410S、430条带组织对其力学性能等的影响不大。在拉伸速率为5mm/min实验条件下,三种铁素体不锈钢热轧态纵向和横向的拉伸性能相差不大,是因为轧制过程中条带组织的特殊性和合金元素充分扩散的结果。410S和430不锈钢在拉伸过程中拉伸断口出现明显的侧向分层开裂现象,主要原因是超低碳马氏体组织和硬而脆的碳化物沿轧向的晶界分布状态构成了本试验用的410S、430不锈钢的薄弱环节,拉伸变形中,位错只能绕过它们,增加了形变阻力,也破坏了板材在厚度方向的连续性;而409L不锈钢拉伸断口无分层现象,这和其组织的均匀性和单一性保持一致。三种铁素体不锈钢在0.5mol/lH₂SO₄+0.01mol/lKSCN溶液中晶间腐蚀倾向为410S＞430＞409L;在不同酸性腐蚀介质中410S和430不锈钢有较明显的分层腐蚀现象,腐蚀层间距与轧向分布的条带组织间距保持一致;409L不锈钢则表现为全面腐蚀,腐蚀表面有较多的腐蚀坑,腐蚀坑大小和其铁素体晶粒大小基本吻合。经综合分析试验用钢的断口形貌、腐蚀特征和组织特征,表明其断裂形貌和腐蚀特征是由其沿轧向分布的条带组织和晶界处分布较多的第二相碳化物颗粒所致。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第1章绪论  12-22
  1.1 腐蚀的概况  12-13
    1.1.1 腐蚀的定义  12
    1.1.2 腐蚀的危害及防腐的意义  12-13
  1.2 耐腐蚀材料  13-15
    1.2.1 耐腐蚀非金属材料  13-14
    1.2.2 耐腐蚀金属材料  14-15
    1.2.3 不锈钢的定义  15
    1.2.4 不锈钢的分类  15
  1.3 不锈钢的研究现状  15-21
    1.3.1 国内不锈钢研究现状  15-19
    1.3.2 不锈钢国外研究现状  19-21
  1.4 本课题研究的内容和方法  21
  1.5 本课题研究目的及意义  21-22
第2章铁素体不锈钢热轧态的夹杂物研究  22-40
  2.1 非金属夹杂物概述  22-26
    2.1.1 钢中夹杂物及其影响  22-23
    2.1.2 钢中夹杂物种类及其综合鉴定方法  23-26
  2.2 铁素体不锈钢夹杂物类型的分析  26-32
    2.2.1 实验设备与方法  26
    2.2.2 410S、430、409L不锈钢化学成分及状态  26-27
    2.2.3 410S、430、409L夹杂物成分分析  27-31
    2.2.4 410S、430、409L中夹杂物变形情况分析  31-32
  2.3 铁素体不锈钢中夹杂物的分布  32-35
    2.3.1 夹杂物的形貌分析  32-34
    2.3.2 夹杂物在不同钢号中的对比分析  34-35
  2.4 夹杂物尺寸大小与评级  35-36
  2.5 铁素体不锈钢夹杂物实验结果分析及讨论  36-38
    2.5.1 试验用铁素体不锈钢夹杂物的总体特征  36-37
    2.5.2 试验用铁素体不锈钢夹杂物的来源分析  37-38
  2.6 本章小结  38-40
第3章铁素体不锈钢热轧态的组织特征研究  40-58
  3.1 合金元素对铁素体不锈钢组织的影响  40-42
    3.1.1 Fe-Cr系相图  40-41
    3.1.2 Cr元素对相图的影响  41
    3.1.3 C元素对相图的影响  41-42
  3.2 组织形貌特征分析  42-50
    3.2.1 金相组织组成分析  42-49
    3.2.2 组织形貌特征  49-50
  3.3 铁素体不锈钢组织特征的定量分析  50-54
    3.3.1 410S、430和409L铁素体晶粒的长宽比值  50-51
    3.3.2 410S、430和409L晶粒尺寸分布  51-54
  3.4 三种铁素体不锈钢组织特征的分析及讨论  54-57
    3.4.1 410S热轧态中马氏体的综合判定和成因分析  54-55
    3.4.2 410S、430、304中条带组织特征及成因  55-57
  3.5 本章小结  57-58
第4章铁素体不锈钢组织对拉伸行为的影响研究  58-68
  4.1 实验设备及方法  58
  4.2 铁素体不锈钢组织特征与拉伸行为、性能  58-62
    4.2.1 组织特征与拉伸性能  58-59
    4.2.2 组织特征与拉伸断裂行为  59-62
  4.3 铁素体不锈钢拉伸行为的显微组织层次分析  62-66
    4.3.1 显微组织特征与拉伸断口的对应  62
    4.3.2 纵向横向拉伸性能对比及其分析  62-64
    4.3.3 条带组织及对强化和断裂的双重影响  64-66
  4.4 本章小结  66-68
第5章铁素体不锈钢组织对腐蚀性能的影响研究  68-76
  5.1 铁素体不锈钢组织特征与晶间腐蚀行为  68-70
    5.1.1 晶间腐蚀方法与双环 EPR法  68-69
    5.1.2 双环 EPR法试验结果  69-70
    5.1.3 410S、430、409L组织特征对晶间腐蚀的影响  70
  5.2 铁素体不锈钢组织特征与浸泡腐蚀行为  70-74
    5.2.1 浸泡腐蚀实验方法  70-71
    5.2.2 浸泡腐蚀结果和腐蚀形貌特征  71-72
    5.2.3 浸泡腐蚀特征的定量分析  72
    5.2.4 410S、430、409L组织特征对浸泡腐蚀的影响  72-74
  5.3 本章小结  74-76
结论与展望  76-79
参考文献  79-83
致谢  83-84
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  84

铁素体不锈钢热轧态组织特征及其对性能影响研究

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