几种典型合金元素对轨道车辆用301L不锈钢组织和性能的影响及其物理作用机制

发布时间：2020-05-25 03:01

【摘要】：不锈钢轨道车辆车体材料常采用301L不锈钢,不同强度等级可应用在轨道车辆车体的不同部位。301L不锈钢作为亚稳态奥氏体不锈钢,在冷变形过程中会发生形变诱导马氏体相变,合金元素对马氏体转变的难易和转变量起着决定性的作用,从而直接影响轧制态样品的组织和力学性能。本文采用铝热反应法制备不同Ni、N和Mn含量的301L不锈钢,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)分析三种合金元素含量对301L不锈钢铸态和轧制态组织影响,通过分析HT-301L不锈钢室温拉伸和显微硬度实验以及N-301L不锈钢室温拉伸实验的结果,研究三种合金元素对301L不锈钢力学性能的影响。1.铸态301L不锈钢包含铁素体δ和奥氏体?两相,在1200℃退火处理3h后,发生铁素体δ向奥氏体?的相变,铁素体δ数量下降,几乎消失。轧制后样品中的奥氏体发生相变形成应力诱导α′-马氏体。随Ni含量增加轧制态样品中α′-马氏体体积分数逐渐降低,抗拉强度和显微硬度呈先增加后下降的趋势,而屈服强度明显减小,延伸率明显增加。随着Ni含量的增加,第一次冷轧退火样的屈服强度和抗拉强度明显减小,而延伸率显著增加。2.N元素的含量对铸态301L不锈钢中铁素体的形貌具有非常显著的影响,随着N含量的增加,铁素体由长条状变化为短棒状和岛状,当N含量达到0.13%时铁素体主要为针状和岛状。随N含量的增加轧制态HT-301L不锈钢中α′-马氏体逐渐减少,形貌总体无太大变化。随着N含量的增加,HT-301L不锈钢的屈服强度、抗拉强度以及显微硬度均明显增加,延伸率先增加后减小。随N含量增加退火态N-301L不锈钢屈服强度和抗拉强度略有增加,而延伸率明显减小。3.随着Mn含量的增加轧制态HT-301L不锈钢中α′-马氏体含量逐渐降低,并且板条状马氏体逐渐破碎,当Mn含量上升至1.42%时,马氏体含量下降至约10%。随着Mn含量从1.00%增加至1.42%,轧制态HT-301L不锈钢屈服强度先减小后增加,抗拉强度、延伸率以及显微硬度逐渐增加;退火态N-301L不锈钢的屈服强度先减小后增加,抗拉强度逐渐减小,延伸率逐渐增加,延伸率最高可达31.10%。4.当层错能在15 mJ·m~(-2)~18 mJ·m~(-2)或M_(d30)在35~37℃时301L具有良好的强度和塑性,而其它参数,尤其是Ms的影响较小。
【图文】：

城轨交通,情况

和低成本的目标[1,2]。近年来，我国规划建设和投产运营的轨道交通线，截至 2017 年末，内地共有 34 座城市开通并运营城市轨道交通，总 5033 公里，完成的累计客运量超过 180 亿人次，比 2016 年增加了 1第一，图 1.1 为 2017 年城轨交通运营线路的增长情况。其中，地铁长公里，占比 77.2%，包括轻轨在内的其它制式运营线路长度约 1149 公的 22.8%[3]。国内城市轨道交通事业的蓬勃发展，对车辆性能的要求其中城轨车辆的轻量化设计除了对车体材料提出了新的要求外，也为能源节约、车辆全寿命周期成本等诸多方面带来了许多好处。除此之身需在严寒、高热、潮湿、干燥、海水腐蚀、大气腐蚀等复杂多变的长期运行，还需要承受较高速度带来的负面影响，这些都是制造城轨料需要面对的难题。在保证车辆安全化、高强度、耐久性、耐环境腐顾轻量化和舒适性是未来城轨车体材料的发展趋势。最近几年，我国研精力在轨道交通方面，希望能够进一步发展我国的轨道交通技术，领域已成为我国国家自然科学基金委《机械工程学科发展战略0-2020）》国家重点研发计划[4]和中国制造 2025 等国家科技战略的重[5]。

曲线,工程应力,室温,曲线

图 1.3 工程应力-应变曲线（a）室温（b）900℃[28]（4）碳的作用碳是钢的主要组成元素，由于碳是一种强烈扩大奥氏体相区和稳定奥氏体组织的元素，作用约是镍的 30 倍，它在钢中的含量和分布形式决定了钢的组织与性能[13]。例如，17%铬的不锈钢中，当碳含量少于 0.12%时为铁素体不锈钢，不发生相变，无法用热处理进行强化，退火态硬度小于 200 HB；但当碳含量大于 0.7%时，为马氏体不锈钢，淬火、回火后硬度可达 50 HRC 以上。由此可见碳元素在不锈钢起着非常关键的作用。当然，碳在不锈钢中也存在着不利的影响。由于不锈钢中碳和铬的亲和力极强，非常容易结合形成碳-铬化合物，，且碳含量越多，铬被结合的也就越多，这必然会减少基体中铬元素的固溶度，使钢的耐腐蚀性受到不利影响，特别是这种当碳-铬的化合物沿晶界析出时，导致该区域产生贫铬区，引发晶间腐蚀。随着冶金技术的发展，人们将更多的精力投入低碳、超低碳等新钢种的研究。（5）其它元素的作用除上述合金元素外，为提高不锈钢的某些性能在设计和制造不锈钢材料时也
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG142.71

【参考文献】