高氮奥氏体钢的CVN低温冲击断裂研究

对Fe-24Mn-13Cr-1Ni-0．44N和Fe-24Mn-18Cr-3Ni-0．62N两种高氮奥氏体不锈钢分别进行了低温冲击断裂的试验研究．研究结果表明：随着氮的质量分数的提高，奥氏体不锈钢的低温冲击韧度快速降低，韧脆转变温度升高，两者的韧脆转变温度分别为140K和210K；高氮奥氏体不锈钢在83K时会产生层状剥离式的脆性断裂；高氮奥氏体不锈钢随温度的降低，断裂模式的变化规律为：拉长或等轴形韧窝→浅坑形韧窝→脆断刻面和韧窝混合型→脆断刻面为主，层状剥离出现．     

Cr21节约型双相不锈钢的高温塑性

通过高温拉伸和高温压缩试验研究了两种Cr21节约型双相不锈钢在950～1150℃温度范围内的高温塑性,结果表明两种材料的高温塑性差异很大.通过温度、应变速率、相比例和显微组织4个方面的分析发现,适当增加稳定铁素体相元素和升高变形温度有利于提高Cr21节约型双相不锈钢的高温塑性.在较低温度较高应变速率热变形时,裂纹容易在被拉长的奥氏体和铁素体相界处形核并沿着相界在铁素体内进行扩展.     

变形速率对2205双相不锈钢形变诱导相变的影响

通过单道次压缩热模拟试验,研究了2205双相不锈钢在热变形过程中组织组成相奥氏体相(γ)和铁素体相(δ)所占比例的变化情况.分析得到:2205双相不锈钢在热变形过程中存在奥氏体相和铁素体相之间的相互转变,且热变形过程中发生的两相之间的相互转变也是2205双相不锈钢热变形过程中的一种动态软化机制.变形速率对2205双相不锈钢热变形过程中发生的相转变的影响规律为:变形速率很小时,δ→γ的转变占较大比重;随着变形速率的升高,γ→δ所占比例增加.     

Fe-13Cr-5Ni马氏体不锈钢在连续加热过程中两相区的奥氏体生长行为

通过光学显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪以及显微硬度仪研究Fe-13Cr-5Ni马氏体不锈钢在加热过程中的组织转变行为.结果表明,Fe-13Cr-5Ni钢在10℃·s-1的加热速率下,加热至奥氏体单相区,冷却至室温后具有明显的“组织遗传”现象.奥氏体以“针状”形式在马氏体板条界处形核并沿着马氏体板条界长大,与母相间保持Kurdjumov-Sachs(K-S)位向关系.加热至两相区不同温度然后淬火至室温,奥氏体的量随两相区保温温度的升高先增加再减少,650℃时对应室温下残余奥氏体的极大值,并且这一变化趋势与试样显微硬度测试结果所得结论一致.     

Si含量对Fe-20Ni-3.5C自润滑材料组织与性能的影响

采用熔炼法制备不同Si含量的Fe-20Ni-3.5C固体自润滑合金,研究了Si含量对Fe-20Ni-3.5C合金机械性能和摩擦磨损性能的影响.研究表明,随着硅含量的增加,固溶于奥氏体基体中的碳含量逐渐降低,结晶中的片状石墨逐渐短粗化和球化.当硅含量为2.5%时,合金的硬度与抗拉强度最高而相对应的冲击韧性则较低.材料的干摩擦因数和磨损率随着合金硬度的提高而降低,其中Fe-20Ni-3.5C-2.5Si合金硬度高,摩擦因数最低,干摩擦因数保持在0.23,其磨损形式为疲劳磨损.     

Cr32Ni7Mo3N特级双相不锈钢的空蚀行为

利用磁致伸缩空蚀试验机对Cr32Ni7Mo3N特级双相不锈钢在蒸馏水和人工海水中进行了空蚀实验,并采用扫描电镜跟踪观察了经不同时间段空蚀后试样的形貌.通过测量失重绘制了材料的累积失重量和失重率曲线.经电化学工作站测量了材料在静态与空蚀条件下的极化曲线和腐蚀电位变化.对比分析了Cr32Ni7Mo3N与SAF2205双相不锈钢在人工海水的抗空蚀能力.结果表明:Cr32Ni7Mo3N特级双相不锈钢空蚀破坏首先在铁素体薄弱区以及铁素体和奥氏体相界发生,并向铁素体内扩展,铁素体发生解离断裂脱落;奥氏体随着空蚀的进行,滑移线增多,显微硬度值增加,且人工海水中奥氏体显微硬度值比在蒸馏水中的高;铁素体大面积破坏后,奥氏体才失稳产生延性断裂脱落,奥氏体的存在延缓了破坏在整个材料表面上的扩展.空蚀与腐蚀交互影响导致材料在人工海水中加速破坏.Cr32Ni7Mo3N特级双相不锈钢在人工海水中的抗空蚀能力优于SAF2205双相不锈钢.     

含氮奥氏体钢时效析出Cr2N的数值模拟

研究Fe-24Mn-18Cr-3Ni-0．6N高氮奥氏体钢在1023～1223K温度范围内时效过程中Cr2N的析出规律。根据析出相变热力学和动力学建立Cr2N析出的定量计算的数理模型。利用人工神经网络进行计算和验证，结果是满意的。该数学模型可用于高氮奥氏体钢时效Cr2N析出的计算设计和预测。     

N_2对不锈钢GTAW焊缝铁素体含量和组织演变过程的影响

在不锈钢的焊接中,控制焊缝金属中的铁素体含量对于防止出现热裂纹、保证焊缝耐蚀性能和力学性能都有着重要的作用.在不锈钢中氮是强烈的奥氏体化元素,通过在保护气体中加入N_2的方法向焊缝过渡氮元素从而调控焊缝中的铁素体含量是一种简单可行的技术思路.本研究采用实时调整气体配比技术配制不同配比的Ar-N_2混合气作为保护气体,对304L奥氏体不锈钢和2205双相不锈钢进行了GTAW多层多道焊接试验.分析研究了保护气体中的N_2添加量对奥氏体不锈钢焊缝金属中铁素体含量的影响以及对双相不锈钢焊缝金属中的相比例和微观组织的演变规律.结果表明,对304L不锈钢,保护气中加入0.5%～1.0%的N_2能够将焊缝中平均铁素体数FN有效控制在3～7范围内.对2205双相不锈钢,打底焊时保护气中加入3.0%的N_2能够有效促进一次奥氏体的形成并抑制二次奥氏体的析出;填充和盖面焊则应减少保护气中的N_2含量或用纯Ar作为保护气才能保证焊缝的整体相比例在合理范围内.该研究工作对推广动态气体配比技术在不锈钢焊接生产中的应用提供了前期的理论基础.     

含氮不锈钢凝固模式及显微组织研究

研究了四种不同N含量的18Mn18Cr N不锈钢的凝固模式、显微组织和元素分布.结果表明:N含量影响18Mn18Cr N合金系的凝固模式和显微组织.氮的质量分数由0.07%增加至0.72%时,实验钢的凝固模式由F模式转变为A模式,显微组织由铁素体和奥氏体魏氏两相组织转变为铁素体和奥氏体两相组织以及单相奥氏体组织.N含量影响奥氏体相形貌,随N含量增加,奥氏体由板条状、针状转变为枝晶间和等轴状.枝晶间和等轴状奥氏体晶粒中存在褶皱形貌,且随着氮含量增加,褶皱数量增多.褶皱的产生与凝固过程中奥氏体相内部Fe、Mn、Cr元素的偏析有关,且该凝固偏析被保留至室温组织中.     

双相不锈钢热变形行为研究

采用高温压缩实验方法研究了两种不同氮含量双相不锈钢00Cr22Ni5Mo3N和00Cr22Ni1Mo0.7N在1 000~1 200℃温度范围内、应变速率为0.01~30 s-1条件下的热变形行为.根据实验数据构建了两种双相不锈钢的热变形方程,两种双相不锈钢的形变激活能分别为534 kJ/mol和482 kJ/mol.通过对微观组织的观察和分析,确定了较高温度且较低应变速率区域为优化的热加工区域.在该优化的热加工区域进行变形时,奥氏体和铁素体发生充分的动态再结晶和动态回复;而在较低温度、较高应变速率区域进行变形时,微观组织呈现强烈的局部流变,甚至可以观察到裂纹.     

Fe-Cr-Mn(W,V)合金中层错和fcc(γ)→hcp(ε)转变特征

利用TEM和X射线衍射仪对固溶态、固溶空冷态和固溶冰水淬火态亚稳奥氏体Fe-12Cr-10Mn(W,V)合金(84),以及固溶态、固溶+拉伸变形态稳定奥氏体Fe-13Cr-17Mn(W,V)合金(85N)中γ→ε转变与层错之间的关系进行了研究,并对影响γ→ε马氏体转变的合金元素进行了分析,提出了进一步提高合金相稳定性的措施。     

固溶时效后高氮奥氏体不锈钢的物理化学相分析

采用物理化学相分析技术研究了高氮奥氏体不锈钢固溶时效后的碳、氮化物析出行为,确定了析出相的类型、粒度分布、含量及组成结构式.结果表明:氮含量低的1Cr22Mn15N0.6以M23C6型碳化物析出为主,氮含量高的1Cr22Mn15N0.9以(CrFe)2N1-x型氮化物析出为主,高氮奥氏体不锈钢中析出物的总量随时效时间的延长而增加.     

00Cr25Ni2Mo3Mn10N高氮超级双相不锈钢的组织和性能

一种新型的资源节约型高氮超级双相不锈钢00Cr25Ni2Mo3Mn10N开发出来,氮质量分数达到0.5％.研究表明,经热锻和1 050 ℃固溶处理后,基体组织由铁素体和奥氏体组成,铁素体质量分数约为47％,氮质量分数的增加能明显提高材料的机械性能和腐蚀性能.通过对比研究表明,00Cr25Ni2Mo3Mn10N的综合性能相当于或优于00Cr25Ni7Mo4N 超级双相不锈钢.     

氢在双相不锈钢中的扩散模拟

利用Abaqus有限元软件建立了氢在含不同奥氏体相体积分数(φγ)双相不锈钢中的二维扩散有限元模型,分析了φγ对氢在双相不锈钢中扩散分布的影响,计算了氢在含不同φγ的模型中的表观扩散系数(Dapp),建立了Dapp与φγ的关系式.结果表明:氢在双相不锈钢中的Dapp随着φγ的增加而降低,并且ln Dapp与φγ之间呈现出线性变化关系;将φγ=44.3%,50.0%,57.3%的3种模型中的奥氏体相沿扩散深度方向延长,以分析氢沿着双相不锈钢横向和纵向组织中的扩散差异.结果表明,氢在纵向组织中的扩散速度更小,氢脆敏感性更弱.     

T122铁素体耐热钢析出相热力学模拟计算

采用Thermo-Calc热力学计算软件,对T122铁素体耐热钢钒含量变化对平衡析出相及A3、A4点的影响进行了研究.结果表明,T122钢的主要平衡析出相为M23C6、MX和Laves相.当钒质量分数在0.15%以下时,将析出极少量的Z相,且其随着钒含量的增加析出量呈直线下降;当钒质量分数在0.28%以上时,将析出两种不同的MX相,随着钒含量的增加MN相的比例下降,而M(C,N)相的比例增加.钒含量的变化对M23C6和Laves相的影响甚小.钒作为封闭奥氏体元素,增加钒含量,铁素体与奥氏体的转变区域将变小.     

固溶处理温度对2507双相不锈钢组织结构及耐蚀性能的影响

【目的】现代工业的飞速发展对双相不锈钢的使用要求越来越高,为扩大2507双相不锈钢(DSS2507)的实际应用,本研究探讨固溶处理温度对DSS2507组织结构、硬度及耐蚀性能的影响。【方法】通过定量金相法及硬度法研究固溶处理温度对DSS2507显微组织结构以及硬度的影响;通过电化学实验分析固溶处理温度对DSS2507抗腐蚀能力的影响。【结果】随着固溶处理温度的上升,铁素体α相含量增多而奥氏体γ相含量减少,固溶处理温度为1 050~1 100℃时可使钢中铁素体相跟奥氏体相的比例达到1∶1。固溶处理温度为1 000~1 050℃时DSS2507的硬度降低;但固溶处理温度从1 050℃升高到1 200℃时,其硬度又逐渐升高。另外,随着固溶处理温度从1 000℃升高到1 200℃,DSS2507的耐均匀腐蚀和点蚀性能先增强后减弱,1 050℃处理的DSS2507抗电化学腐蚀性能最优。【结论】固溶处理温度为1 050~1 100℃时可以使DSS2507两相比例达到1∶1,经1 050℃固溶处理的DSS2507抗电化学腐蚀性能最优。     

高氮钢相变及重熔过程的在线观察

在高温、低压或真空状态下高氮钢中的氮会释放出来,常压氮气氛中高氮钢的焊接也会引起氮的损失.利用共聚焦激光扫描高温显微镜对几种高氮钢的高温相变以及重熔时氮的释放进行了在线观察.观察到Fe-12Cr-0.276N的γ-δ相变、Fe-20Cr-8Mn-0.853N的α-γ相变、Fe-19Cr-15Mn-0.576N的γ-δ相变,验证了计算相图的正确性.观察到液态高氮钢熔化时氮气泡上浮到钢液表面、游动和破裂.根据观察到的氮气泡最大直径和液态不锈钢的表面张力,估算了气泡破裂前期内部的氮气压力.共聚焦激光扫描高温显微镜的在线观察适于发现热效应小的相变发生,并能测定新相的尺寸变化和气泡直径,可以弥补DTA/DSC等高温热分析手段的不足.     

Zeron100双相不锈钢材料组织结构的EBSD分析

利用电子背散射衍射(EBSD)技术对Zeron100双相不锈钢的微观结构进行了研究。在利用EBSD对Zeron100双相不锈钢热处理进行快速相鉴别和相分布的分析中发现,随着热暴露时间的延长(热暴露温度为850℃),材料的铁素体相含量减少而脆性金属间化合物增多,从而使材料的脆性提高而抗蚀性能降低。在利用EBSD对Zeron100双相不锈钢的奥氏体和铁素体的取向关系的分析表明两相符合Kurdjumov-Sachs(K-S)取向关系。偏离理想取向关系的角度分布在0°～4°,大多数集中在1°～2°,这个分析结果与理论计算的结果符合较好。     

SAF2205双相不锈钢焊接工艺及耐蚀性的研究

本试验以获得合理的奥氏体/铁素体两相比例为指导原则,采用6组焊接工艺参数对2205双相不锈钢板材进行对接。首先对各个焊接接头进行定量金相计算及分析,然后通过拉伸、弯曲试验选取力学性能优良的焊接接头进行腐蚀试验。焊缝的耐蚀性因其焊缝中奥氏体含量区别不大而无太大差异,腐蚀介质浓度较高时,在保护气中加入2%的氮气,试样耐蚀性较强,但3组试样的焊接接头焊缝的耐蚀性均小于母材。     

Fe-Cr-W复合氧化物粉末共还原工艺研究

通过H2-CO共还原法对Fe-18Cr-9W复合氧化物粉末进行还原,控制还原工艺的参数制得纳米级Fe-18Cr-9W复合粉末.采用XRD对粉末进行物相分析,并计算晶粒尺寸;采用高倍SEM观察粉末形貌;对复合粉末的费氏粒度、比表面面积、氧含量等进行测定与分析,研究还原温度和还原时间对粉末性能的影响.研究结果表明:当还原温度高于650℃时制得的复合粉末由Fe和Fe-(Cr,W)两相组成;粉末颗粒呈球形或近球形;还原温度和还原时间都对Fe-18Cr-9W复合粉末的性能有显著影响,当还原温度为700℃,还原时间为90 min时,制备的颗粒为平均费氏粒度低于0.58μm,平均BET粒度小于80 nm,晶粒粒径小于50 nm,粉末氧含量小于0.14%的纳米级Fe-18Cr-9W复合粉末.