不同冷轧压下率下301L不锈钢织构演变及晶界特征分布规律研究
发布时间：2021-12-16 12:07
301L不锈钢属于亚稳态奥氏体不锈钢,由于其具有较高的强硬度、易冷加工成型及较好的耐腐蚀性等特点,同时能够满足车体结构加工成型及轻量化的要求,因此该钢种已成为轨道车辆专用不锈钢首选材料。目前学者们在301L不锈钢组织性能、生产工艺方面开展了大量的研究工作,但由于亚稳态奥氏体不锈钢板材在形变过程中组织转变的特殊性,有必要对301L不锈钢冷轧过程中的织构演变及晶界特征分布规律进行相关研究。本文首先制定301L不锈钢的冷轧工艺并制备冷轧试板;其次,对比分析固溶态及不同冷轧压下率（3%、5%、9%、24%）下301L不锈钢的显微组织、硬度、拉伸断口形貌、力学及抗腐蚀性能,采用EBSD技术研究不同冷轧压下率下301L不锈钢的织构演变规律及晶界特征分布,探明不同冷轧压下率对301L不锈钢组织性能、织构演变及晶界特征分布的影响规律;最后,分析晶界特征分布对301L不锈钢力学及耐腐蚀性能的影响,研究得出如下结论:由固溶态及不同冷轧压下率下301L不锈钢组织性能分析可知,随冷轧压下率的增加,301L不锈钢的显微组织由奥氏体逐渐向马氏体转变。在固溶态及较小的冷轧压下率下,平均晶粒尺寸在20μm左右,当冷轧...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
01L不锈钢不同等级板材在车体的分布[5]
梁辖鸩荒?高温，在400℃高温时车门会锁死，发生火灾时危险较大且维修费用较高。然而不锈钢具有以下几个优异性能：1)奥氏体不锈钢(尤其是301L型奥氏体不锈钢)因含有较多的Cr、Ni、Mn、N等元素，具有较高的耐腐蚀性、较高的强度、较好的焊接性能及良好的塑韧性等特点；2)可在550℃以上环境中工作，具有良好的抗高温性和抗冲击性能；3)不锈钢的冷轧板表面光滑平整，能显著地降低后续的成本维护；4)经过冷塑性变形后，不锈钢板材具有较高的强度能很大程度上使车体厚度减薄且能减少车体加强件的使用，并能达到车体轻量化的目的。图1.2为日本三种材料车体的维修费用，由图1.2可以明显看出在这几种材料中不锈钢车体的维修费用最低，综合考虑不锈钢为最经济的车体材料，因此不锈钢被广泛应用于轨道车辆车体用材料。图1.2日本三种车体的维修费用[12]不锈钢用于铁道车辆最早出现在美国，1937年在法国得到应用[13]。近年来，日本在不锈钢研究方面成为发展最成熟的国家，在20世纪五十年代末期，日本首次根据美国对不锈钢的研究基础及生产技术制造出了东京电铁5200系。第二次日本东京汽车自主研发生产了电铁7000系不锈钢，也就是SUS301不锈钢，具有良好的耐腐蚀性并达到了轻量化的条件。从1982年开始，在SUS301不锈钢的基础上，日本自主研发了第三代轻量化不锈钢车体结构的车辆，通过降低含碳量，调整合金元素成分等，得到了301L不锈钢。利用高强度钢(日本标准301L)在保证良好耐蚀性和轻量化的基础上，明显提高了材料的成型性和加工性能。目前，采用不锈钢作为轨道车辆材料已得到广泛应用。为了达到轻量化、低成本、高性能及节约能源的目的，各国在应用于轨道车辆不锈钢产品的改良及新产品的研发方面还在继续努力。1.2.2国内轨道车辆用301L不锈钢的发展及应
硕士学位论文7取向。由于工业生产的快速发展，人们对金属材料织构的要求也不断地在提高，目前将取向分布明显偏离随机分布状态称为织构。图1.3板材的织构现象1.4.2织构的测定方法最早的EBSD技术是为了对晶体材料中某一微区的取向(单个晶粒取向)进行确定。以获取晶体材料微区结构取向为主要目的进行的测试，常用的方法有多种，如侵蚀法、XRD法、中子多晶衍射技术和EBSD技术等[24]。(1)侵蚀法:在特定的侵蚀条件下，使得样品表面不同取向晶粒内产生特殊形状的侵蚀坑或者侵蚀图案，通过测定各侵蚀坑或者侵蚀图案中的特征角度，从而定量算出相应的取向数据称为侵蚀法。这种方法成本较低，但是测量结果的统计性不好，分辨率较低，一般主要用于对结果要求不太高的地方。(2)XRD法:晶粒取向由衍射强度的测定而反推出来的方法为XRD织构测量技术，由于选用计算模型和各种参数设置的不同则影响其计算结果的精确度，一般情况下测量出的织构误差在15%以上。XRD法测量织构一般适合于对材料织构信息的整体性进行测量，由于被测量的晶粒数能达几千个，因此这种测量方法是对织构信息的一个宏观统计，能够对材料的所有不同织构信息进行较全面的反映。XRD法测量织构时具有试样制备简单、仪器操作方便、所测信息量大等优点[25]。(3)中子衍射法:由于中子的穿透力强，吸收系数低且中子衍射的角分辨率较高等特点，因此与XRD法相比，中子衍射法能够直接测量一些组织不均匀、吸收因子具有各向异性、表面具有保护层和小体积相的多相材料及比XRD测量大得多的样品，且都可以对它们的内部织构进行高精度的测量。但是由于中子衍射的信号强度相对较弱，因此在测试过程中所需要的时间比较长，数据分析也比较复杂，受这些条件影响，通常很少用这种方法来获取晶粒取向[28]。(4)
【参考文献】：
期刊论文
[1]时效处理对2024铝合金晶界特征分布及性能的影响[J]. 马国峰,鲁志颖,贺春林. 沈阳大学学报(自然科学版). 2017(06)
[2]冷轧工艺对301L不锈钢组织及性能的影响[J]. 李京筱,栾道成,包帅,孙文文,孙卫鹏,张伟,王正云. 锻压技术. 2017(06)
[3]地铁车辆不锈钢车体发展概况[J]. 程海鹏. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2017(06)
[4]金属晶体材料中晶界缺陷研究进展[J]. 范开敏,王学航,赵娟,赵红琴. 四川文理学院学报. 2016(05)
[5]Effect of Effective Grain Size and Grain Boundary of Large Misorientation on Upper Shelf Energy in Pipeline Steels[J]. 张小立,JIANG Zhiqiang,LI Shixian,FAN Jiwei. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2016(03)
[6]城市轨道不锈钢客车的发展及对不锈钢的挑战[J]. 王刚,韩晓杰,朱婷婷. 现代冶金. 2016(03)
[7]301奥氏体不锈钢冷拔变形断裂原因分析[J]. 陈祥凤,马正伟,张椰阳. 中国重型装备. 2016(02)
[8]EBSD表征冷轧电工硅钢晶粒取向性的研究[J]. 李岩,董秀文,孔平,杜大帆,雷运涛. 材料热处理学报. 2016(03)
[9]不锈钢轨道车辆的特点[J]. 姚明哲,杨志勇,马秋红,赵春风. 装备机械. 2015(03)
[10]挤压IN690管材的孪晶组织及织构[J]. 王忠堂,张晓宇,邓永刚,程明. 稀有金属材料与工程. 2014(09)
博士论文
[1]ECAP制备超细晶铜的组织演变、织构特征及力学性能研究[D]. 郭廷彪.兰州理工大学 2010
硕士论文
[1]多晶铜冷轧塑性变形微观组织与织构演化的机理研究[D]. 王文彪.重庆理工大学 2019
[2]轨道车辆用301L不锈钢板材成型性能及组织结构的物理作用机制[D]. 王乾龙.兰州理工大学 2019
[3]冷轧工艺对301L不锈钢组织及性能的影响[D]. 李京筱.西华大学 2018
[4]N对超级双相不锈钢UNS S32750组织与性能的影响[D]. 刘爽.昆明理工大学 2018
[5]Incoloy800H合金晶界特征分布优化及其性能研究[D]. 候亚庆.南京理工大学 2017
[6]大形变下低层错能面心立方金属力学行为和织构演化的研究[D]. 闫海乐.东北大学 2012
[7]亚稳态奥氏体不锈钢冷轧板塑性成型性能研究[D]. 吕丽平.北京交通大学 2010
[8]侧轧IF钢显微组织特征和织构的演变[D]. 王国强.东北大学 2009
[9]不锈钢轨道客车车体材料的性能研究[D]. 王恭钦.北京交通大学 2008
本文编号：3538107
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
01L不锈钢不同等级板材在车体的分布[5]
梁辖鸩荒?高温，在400℃高温时车门会锁死，发生火灾时危险较大且维修费用较高。然而不锈钢具有以下几个优异性能：1)奥氏体不锈钢(尤其是301L型奥氏体不锈钢)因含有较多的Cr、Ni、Mn、N等元素，具有较高的耐腐蚀性、较高的强度、较好的焊接性能及良好的塑韧性等特点；2)可在550℃以上环境中工作，具有良好的抗高温性和抗冲击性能；3)不锈钢的冷轧板表面光滑平整，能显著地降低后续的成本维护；4)经过冷塑性变形后，不锈钢板材具有较高的强度能很大程度上使车体厚度减薄且能减少车体加强件的使用，并能达到车体轻量化的目的。图1.2为日本三种材料车体的维修费用，由图1.2可以明显看出在这几种材料中不锈钢车体的维修费用最低，综合考虑不锈钢为最经济的车体材料，因此不锈钢被广泛应用于轨道车辆车体用材料。图1.2日本三种车体的维修费用[12]不锈钢用于铁道车辆最早出现在美国，1937年在法国得到应用[13]。近年来，日本在不锈钢研究方面成为发展最成熟的国家，在20世纪五十年代末期，日本首次根据美国对不锈钢的研究基础及生产技术制造出了东京电铁5200系。第二次日本东京汽车自主研发生产了电铁7000系不锈钢，也就是SUS301不锈钢，具有良好的耐腐蚀性并达到了轻量化的条件。从1982年开始，在SUS301不锈钢的基础上，日本自主研发了第三代轻量化不锈钢车体结构的车辆，通过降低含碳量，调整合金元素成分等，得到了301L不锈钢。利用高强度钢(日本标准301L)在保证良好耐蚀性和轻量化的基础上，明显提高了材料的成型性和加工性能。目前，采用不锈钢作为轨道车辆材料已得到广泛应用。为了达到轻量化、低成本、高性能及节约能源的目的，各国在应用于轨道车辆不锈钢产品的改良及新产品的研发方面还在继续努力。1.2.2国内轨道车辆用301L不锈钢的发展及应
硕士学位论文7取向。由于工业生产的快速发展，人们对金属材料织构的要求也不断地在提高，目前将取向分布明显偏离随机分布状态称为织构。图1.3板材的织构现象1.4.2织构的测定方法最早的EBSD技术是为了对晶体材料中某一微区的取向(单个晶粒取向)进行确定。以获取晶体材料微区结构取向为主要目的进行的测试，常用的方法有多种，如侵蚀法、XRD法、中子多晶衍射技术和EBSD技术等[24]。(1)侵蚀法:在特定的侵蚀条件下，使得样品表面不同取向晶粒内产生特殊形状的侵蚀坑或者侵蚀图案，通过测定各侵蚀坑或者侵蚀图案中的特征角度，从而定量算出相应的取向数据称为侵蚀法。这种方法成本较低，但是测量结果的统计性不好，分辨率较低，一般主要用于对结果要求不太高的地方。(2)XRD法:晶粒取向由衍射强度的测定而反推出来的方法为XRD织构测量技术，由于选用计算模型和各种参数设置的不同则影响其计算结果的精确度，一般情况下测量出的织构误差在15%以上。XRD法测量织构一般适合于对材料织构信息的整体性进行测量，由于被测量的晶粒数能达几千个，因此这种测量方法是对织构信息的一个宏观统计，能够对材料的所有不同织构信息进行较全面的反映。XRD法测量织构时具有试样制备简单、仪器操作方便、所测信息量大等优点[25]。(3)中子衍射法:由于中子的穿透力强，吸收系数低且中子衍射的角分辨率较高等特点，因此与XRD法相比，中子衍射法能够直接测量一些组织不均匀、吸收因子具有各向异性、表面具有保护层和小体积相的多相材料及比XRD测量大得多的样品，且都可以对它们的内部织构进行高精度的测量。但是由于中子衍射的信号强度相对较弱，因此在测试过程中所需要的时间比较长，数据分析也比较复杂，受这些条件影响，通常很少用这种方法来获取晶粒取向[28]。(4)
【参考文献】：
期刊论文
[1]时效处理对2024铝合金晶界特征分布及性能的影响[J]. 马国峰,鲁志颖,贺春林. 沈阳大学学报(自然科学版). 2017(06)
[2]冷轧工艺对301L不锈钢组织及性能的影响[J]. 李京筱,栾道成,包帅,孙文文,孙卫鹏,张伟,王正云. 锻压技术. 2017(06)
[3]地铁车辆不锈钢车体发展概况[J]. 程海鹏. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2017(06)
[4]金属晶体材料中晶界缺陷研究进展[J]. 范开敏,王学航,赵娟,赵红琴. 四川文理学院学报. 2016(05)
[5]Effect of Effective Grain Size and Grain Boundary of Large Misorientation on Upper Shelf Energy in Pipeline Steels[J]. 张小立,JIANG Zhiqiang,LI Shixian,FAN Jiwei. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science）. 2016(03)
[6]城市轨道不锈钢客车的发展及对不锈钢的挑战[J]. 王刚,韩晓杰,朱婷婷. 现代冶金. 2016(03)
[7]301奥氏体不锈钢冷拔变形断裂原因分析[J]. 陈祥凤,马正伟,张椰阳. 中国重型装备. 2016(02)
[8]EBSD表征冷轧电工硅钢晶粒取向性的研究[J]. 李岩,董秀文,孔平,杜大帆,雷运涛. 材料热处理学报. 2016(03)
[9]不锈钢轨道车辆的特点[J]. 姚明哲,杨志勇,马秋红,赵春风. 装备机械. 2015(03)
[10]挤压IN690管材的孪晶组织及织构[J]. 王忠堂,张晓宇,邓永刚,程明. 稀有金属材料与工程. 2014(09)
博士论文
[1]ECAP制备超细晶铜的组织演变、织构特征及力学性能研究[D]. 郭廷彪.兰州理工大学 2010
硕士论文
[1]多晶铜冷轧塑性变形微观组织与织构演化的机理研究[D]. 王文彪.重庆理工大学 2019
[2]轨道车辆用301L不锈钢板材成型性能及组织结构的物理作用机制[D]. 王乾龙.兰州理工大学 2019
[3]冷轧工艺对301L不锈钢组织及性能的影响[D]. 李京筱.西华大学 2018
[4]N对超级双相不锈钢UNS S32750组织与性能的影响[D]. 刘爽.昆明理工大学 2018
[5]Incoloy800H合金晶界特征分布优化及其性能研究[D]. 候亚庆.南京理工大学 2017
[6]大形变下低层错能面心立方金属力学行为和织构演化的研究[D]. 闫海乐.东北大学 2012
[7]亚稳态奥氏体不锈钢冷轧板塑性成型性能研究[D]. 吕丽平.北京交通大学 2010
[8]侧轧IF钢显微组织特征和织构的演变[D]. 王国强.东北大学 2009
[9]不锈钢轨道客车车体材料的性能研究[D]. 王恭钦.北京交通大学 2008
本文编号：3538107
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