Mn18Cr18N不锈钢制备工艺及组织和性能的研究

发布时间：2020-06-20 22:43

【摘要】：传统奥氏体不锈钢以镍元素来稳定奥氏体,镍元素成本高,且与人体存在生物相容性,这对奥氏体不锈钢的应用造成了一定的限制。人们通过研究发现,氮元素是强烈的奥氏体稳定化元素,它可以取代镍来稳定不锈钢中的奥氏体。现在,不锈钢中通常采用氮元素取代镍元素来稳定奥氏体,这样获得的含氮奥氏体不锈钢比传统奥氏体不锈钢具有更高的强度、韧性和耐腐蚀性能。因此,含氮不锈钢的开发与应用成为了目前材料领域研究的焦点之一。目前,不锈钢增氮的主要方法有固相渗氮和液相渗氮,它们在工业化生产中都存在一定的不足。因此,本研究采用一种新型的工艺方法向不锈钢中增氮。本研究结合固相渗氮能有效增加不锈钢中的氮含量和常压下液相渗氮能实现规模化生产特点,将熔炼温度降至糊状区(固/液两相区),在氮气氛下保温一定时间,从而实现向不锈钢中增氮。本文主要研究内容及结果如下所示:(1)本文以Mn18Cr18N不锈钢为研究材料,采用糊状区保温工艺,实现了向不锈钢中的增氮。当氮气压力为0.1MPa时,不锈钢在糊状区温度1365℃下分别保温0min,5min,10min,20min,测得其氮含量分别为0.161%,0.197%,0.279%,0.384%,即随着糊状区保温时间增加,不锈钢中氮含量增加。(2)观察了不同氮含量不锈钢的显微组织,结果表明随着氮含量增加,不锈钢组织中铁素体含量减少,奥氏体含量增加,即氮能够稳定不锈钢中的奥氏体组织。(3)对熔炼后不锈钢铸锭中缩孔和气孔进行了研究,分析了缩孔和气孔形成的机理。研究了糊状区保温时间对缩孔和气孔的影响规律,其结果为随着糊状区保温时间增加,缩孔率减少,而气孔率变化无明显规律。(4)研究了组织中气孔的大小和位置,随着糊状区保温时间增加,气孔尺寸减小,数量增加,整体气孔率变化不大,组织中气孔主要集中在奥氏体组织中。(5)含氮不锈钢进行了压缩实验,压缩真应力-真应变曲线显示压缩过程中主要存在弹性变形阶段和塑性变形阶段。随着氮含量增加,不锈钢屈服强度增加,而加工硬化指数无基本不变。(6)含氮不锈钢进行浸泡实验和电化学实验分别测试其耐均匀腐蚀性能和耐点蚀性能,其结果为随着氮含量增加,不锈钢耐均匀腐蚀性能和耐点蚀性能增加。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.71
【图文】：

真空感应熔炼炉,糊状区,差示扫描量热分析,固相线温度

00 1350 1400 1450 液相线Temperature/℃固相线温度点图 2.1 原材料差示扫描量热分析仪（DSC）图以看出糊状区温度范围为 1343 ℃~1445 ℃，本实℃，在该温度下进行实验。备

合金相图,合金相图,氮气压力

氮在奥氏体中溶解度大于在液相和铁素体中溶解度，所以溶解度增大，所以在NG 阶段出现氮的溶解度先减小后增大现象，这段区域称为铁素体肼区域。从图中可以看出糊状区温度范围随着氮含量增加而减小，所以需要选取合适的温度进行糊状区保温。实验选取的实验温度为 1365℃，即图中虚线 MN。实验过程为：最初，当钢液温度为 1600℃时钢液中氮含量为 0。当温度降低时，铁素体从液相中析出，此时进入液相和铁素体两相区；当温度达到 1365℃时进行糊状区保温，随着保温时间的增加，氮元素不断扩散至液相和铁素体中，此过程中生成奥氏体，氮也会不断向奥氏体中扩散；保温结束后，温度继续降低，此过程中会有更多的奥氏体生成，液相和铁素体中氮向奥氏体中扩散，直至最后凝固完成。从图 3.3 可以看出，在 1365℃时保温最高氮含量可以达到 0.65%，而实验中保温 20min 时氮含量为 0.384%，这表明可以继续增加保温时间以增加试样中氮含量，直到达到 0.65%左右。

【参考文献】