高氮奥氏体不锈钢研究进展

目前高氮钢研究的主要热点是高氮不锈钢,而高氮奥氏体不锈钢的应用前景最被看好.综述近年来国内外高氮奥氏体不锈钢的研究现状,包括氮在奥氏体不锈钢中的作用机理;高氮奥氏体不锈钢的试制;高含量氮对奥氏体不锈钢力学性能、耐蚀性能和组织稳定性的影响以及对高氮不锈钢应用前景的展望.     

高Si奥氏体高Mn钢加工硬化行为及机制的研究

设计了一种低应力下容易发生ε马氏体转变的Fe-17Mn-6Si-0.3C高Si高Mn钢.采用OM,XRD和TEM研究了高Si高Mn钢和传统高Mn钢在静态拉伸和动态冲击时的力学性能及组织演化.结果表明:静态拉伸下高Si高Mn钢比传统高Mn钢具有更高的加工硬化速率;动态冲击下高Si高Mn钢的表面硬度高于传统高Mn钢,而冲击变形量却显著低于传统高Mn钢.高Si高Mn钢变形时应力诱发ε马氏体转变的优先发生是导致上述结果的原因,这个结果间接证实了传统高Mn钢的异常加工硬化能力来源于形变孪晶的形成及其因C原子存在导致的严重晶格畸变.     

高氮无镍奥氏体不锈钢的激光辐照组织

为了探索高氮无镍奥氏体不锈钢激光焊接的可行性,采用1. 0、1. 5和2. 0 k W功率的激光对含0. 092%C、0. 59%N、17. 69%Cr、13. 83%Mn和2. 89%Mo(质量分数)的不锈钢试样进行了辐照。对辐照区的熔池、熔合区、热影响区进行了金相检验、背散射电子衍射(EBSD)和硬度测定。结果表明:高氮无镍奥氏体不锈钢熔池呈上宽下窄的形状;用1和2 kW激光辐照的钢熔池的最大深度分别为2. 7和3. 9 mm。以不同功率激光辐照的钢,熔池区的硬度最低,为320 HV0. 2左右,热影响区内再结晶区硬度最高,为350 HV0. 2左右,熔合区硬度居于二者之间。此外,熔池内有大量的亚晶,其取向差约为2°～5°。     

高氮奥氏体不锈钢连续驱动摩擦焊组织及性能研究

采用连续驱动摩擦焊方法对直径为73 mm,壁厚为7 mm的高氮奥氏体不锈钢环状管材进行了焊接试验。利用光学显微镜和扫描电镜对焊接接头显微组织和断口形貌进行了观察,利用硬度测试仪和拉伸试验机测试焊接接头的硬度和拉伸性能。试验结果表明:焊缝中心由带状组织组成,而热力影响区及热影响区组织呈流线型分布,同时还有σ相在晶界处析出。硬度曲线均呈现V曲线特征。拉伸试样均断裂于焊缝中心带状组织处,且断口为韧性断口。     

高氮奥氏体不锈钢锻件的制造

本文介绍奥氏体Cr-Ni-Mn-N钢压力加工时热力规范的研究。按此规范加工,能使轴类、套筒、护环等锻件的锻造工艺过程合理化,还可用3.2～32.5t的多元合金钢锭制得合格的毛坯件。     

高氮奥氏体不锈钢氮含量影响因素研究及预测

通过高频感应炉冶炼试验研究了冶炼工艺、合金元素对铸钢中氮含量的影响。结果表明,冶炼工艺和合金元素含量对铸钢中氮含量影响较大。氮化铬铁合金呈颗粒状且尺寸为2~4 mm时,氮气溢出量小;增加高温相变区冷却速率可减小氮气逸出,增加铸钢中氮含量;减少搅拌和熔炼时间可增加铸钢中氮含量。通过修正合金元素对铸钢中氮的相互作用系数,建立了常压熔炼Mn-Cr系高氮奥氏体不锈钢的氮含量预测模型(w_(Mn)=11.8%~20.7%,w_(Cr)=16.5%~27.5%,w_C≤0.330%;常压熔炼,熔炼温度为1 550~1 600℃),氮含量的预测结果与实测值吻合较好。     

高氮奥氏体不锈钢MIG焊接头的组织和性能

高氮钢焊接技术的研究是高氮钢研制和应用的关键技术之一.采用熔化极惰性气体保护焊方法对7 mm和14 mm厚的高氮钢进行了焊接,研究了焊接接头的组织和力学性能.研究结果表明,高氮钢MIG焊焊缝和热影响区的组织为奥氏体和少量的δ-铁素体,焊接接头强度与母材相当.7 mm厚板MIG焊焊接接头具有较好的韧性,而14 mm厚板热影响区韧性较低,其原因为经历多次焊接热循环导致敏化区的碳化物Cr23C6析出增多,致使韧性下降.     

日本开发高氮无镍奥氏体不锈钢

由于奥氏体不锈钢具有良好的成形性能和耐蚀性能等 ,所以在装修、钟表和人体直接接触的有关零部件中应用。但是 ,近年来发现奥氏体不锈钢中的Ｎｉ,会引起人体过敏 ,所以要求限制使用含Ｎｉ不锈钢制造与人体直接接触零部件。日本大同特殊钢公司等单位共同研制出添加Ｎ取代Ｎｉ的高锰不锈钢 ,商品名ＮＦＳ。其试验材的化学成分 ( % ) :Ｆｅ— 0 0 2Ｃ— 1 8Ｍｎ <0 1Ｎｉ -1 6 0Ｃｒ- 0 43Ｎ。将轧制成5 2ｍｍ线材的试验钢在 1 2 73Ｋ进行固溶处理 ,然后取样供试验用。比较材选用市场购买的ＳＵＳ430、 30 4和 31 6Ｌ奥氏体不锈钢。试验…     

粉末冶金高氮超级奥氏体不锈钢的开发

采用气雾化法制备高氮超级奥氏体不锈钢粉末,利用热等静压成形。结果表明,热等静压后,材料完全致密,而σ及Cr2 N两相的析出导致材料塑性、韧性及耐蚀性显著下降。材料经1200℃×1 h固溶处理后,力学性能及耐蚀性能大大提高,抗拉强度Rm为1050 MPa、屈服强度Rp0.2为735 MPa,伸长率A为57.0%,自腐蚀电位Ecorr为0.946 V。     

高氮奥氏体不锈钢的腐蚀行为研究

研究了无镍高氮高锰奥氏体不锈钢(HNSSs)的均匀腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀性能及再钝化性能;与商用316L不锈钢(316LSS)对比,考察了冷变形、敏化处理等对HNSSs的微观组织、钝化膜特征及耐蚀性的影响。结果表明:固溶HNSSs的均匀腐蚀和晶间腐蚀抗力明显不如316LSS的,敏化处理不影响钢的均匀腐蚀抗力,但导致晶间腐蚀抗力急剧弱化,尤其是无Mo钢;固溶HNSSs的缝隙腐蚀和点蚀抗力优于316LSS的,特别是含Mo钢,敏化处理导致钢的缝隙腐蚀和点蚀抗力弱化;冷变形引入大量微观缺陷,导致钝化膜变薄,膜中稳定氧化物减少,保护性变差,降低了HNSSs在含Cl-溶液中的点蚀抗力,但改善了其再钝化性能;敏化析出χ相,导致HNSSs的耐蚀性下降,再钝化性能劣化,且随冷变形量增加更为显著。并讨论了HNSSs的腐蚀机理。     

高氮奥氏体不锈钢氩弧焊的重熔特征

焊接性是影响高氮奥氏体不锈钢(高氮钢)应用的一个重要因素.为了研究高氮钢的焊接特性,对此钢进行氩弧焊重熔试验,分析了熔融时间对焊缝特性的影响.试验结果表明,随着熔融时间的增加,焊缝中铁素体的含量增加.同时发现焊缝中存在热裂纹、气孔等焊接缺陷.低熔点硫化物共晶相是焊缝具有较强裂纹敏感性的主要原因.熔融时间显著影响焊缝中气孔的形成.     

高氮奥氏体不锈钢室温疲劳断口分析

研究了新型高氮奥氏体不锈钢(24Mn18Cr3Ni0.62N)在室温条件下的拉-拉疲劳行为,并对疲劳断口形貌进行观察分析.结果表明,疲劳曲线(S-N曲线)呈阶梯状下降趋势,平缓区对应载荷应力约为410 MPa为条件疲劳强度;疲劳断口特征明显,可清晰观察到疲劳条带、解理台阶、沿晶裂纹、瓦纳线以及二次裂纹.     

高氮奥氏体不锈钢仰焊焊接接头组织与性能研究

通过金相观察、力学性能和耐蚀性能试验,采用00Cr20Ni15Mo2N钢研究了高氮奥氏体不锈钢焊条电弧仰焊焊接接头的组织与性能,并对其焊接工艺进行了适当的实践与探讨。结果表明,接头的抗拉强度不低于母材,而且塑性良好。焊缝为100%奥氏体组织,呈较为粗大的柱状晶形态,且与母材熔合良好;过热区的晶粒长大不严重。焊态时,焊接接头的腐蚀速率与母材相当,经敏化处理的晶间腐蚀试样,弯曲90°后未发现因晶间腐蚀而产生的裂纹。均匀腐蚀全浸试验的年均腐蚀速度为1.32×10~(-3)mm/年,具有良好的耐腐蚀性能。     

高氮低镍奥氏体不锈钢的低温性能与组织稳定性

评估[Ni]当量相近、[Cr]当量相同、氮含量不同的奥氏体不锈钢的低温性能和组织稳定性,测试了含氮量分别为0.614%和0.529%的奥氏体不锈钢H1和H2的低温拉伸和低温冲击性能,利用扫描电镜和X射线衍射仪分别对两种试验钢的拉伸断口与冲击断口进行了形貌观察和组织检测,利用TEM分析拉伸断口的显微组织。结果表明：两种试验钢的抗拉强度与屈服强度随着试验温度的降低单调增加,伸长率和断面收缩率逐渐减小,氮含量增加提高材料的强度但降低塑韧性;低温冲击试验的结果是氮含量增加降低试验钢的冲击性能,但对韧脆转变温度影响不大,H1与H2试验钢的韧脆转变温度分别为－122 ℃与－123 ℃。XRD与TEM的检测结果均表明此两种试验钢均具有良好的组织稳定性,低温拉伸与冲击均未发生马氏体相变与氮化物析出。     

高氮低镍奥氏体不锈钢的力学性能及析出相

通过对高氮低镍奥氏体不锈钢(0Cr25Ni2Mn17Mo1NbN)进行1100℃固溶处理,水冷,利用万能拉伸试验机测试其力学性能并和316L奥氏体不锈钢进行对比。将高氮低镍奥氏体不锈钢在不同温度(700、750、800℃)时效2 h,利用光学显微镜和洛氏硬度计,观察不同温度下时效2 h试验钢的析出状况和试验钢的硬度,利用扫描电镜、透射电镜来观察和分析试验钢800℃析出物的形貌及种类。试验结果表明,高氮低镍奥氏体不锈钢在1100℃固溶处理后有良好的力学性能,高氮低镍奥氏体不锈钢在800℃大量析出相为σ相,其次是Cr2N,伴有少量Cr23C6析出,还有微量Nb(C,N)析出。析出相形态有胞状、短棒状和片状布满整个基体。试验钢时效后的硬度值要比时效前(固溶态)的硬度值高,且试样随时效温度升高其硬度值呈现上升趋势。     

N含量对高氮CrMnMo奥氏体不锈钢组织和性能的影响

以18Cr14Mn3Mo钢为基本成分,设计并冶炼了氮含量为0.008%~0.77%的高氮CrMnMo奥氏体不锈钢。通过力学性能测试、组织观察、扫描电镜观察等方法,研究了N含量对其硬度、耐刻划性、塑性、强度等的影响。结果表明,N含量为0.42%及以下时,组织为双相,存在着一定量的铁素体,铁素体的存在使材料的塑性和韧性都较差。N含量0.77%试验钢的硬度最高,为273 HV0.5;耐刻划性能也最佳。0.59%N试验钢的塑性和韧性最好,断面收缩率和冲击吸收能量分别为79%和422 J。综合认为高氮CrMnMo奥氏体不锈钢的最佳N含量为0.77%。     

节镍型高氮奥氏体不锈钢应变硬化行为

为研究冷变形及碳含量对节镍型高氮奥氏体不锈钢应变硬化的影响规律,选取2种碳含量和6种变形量的节镍型高氮奥氏体不锈钢进行拉伸实验,根据实验结果绘制工程应力-工程应变曲线,结合实验结果及微观组织分析,得出结论:高氮奥氏体不锈钢在冷轧过程中,随着变形量增加,屈服强度及抗拉强度均呈现大幅度上升,但伸长率逐渐降低。随着奥氏体晶粒拉长,微观组织中孪晶密度随着变形量的加大而增加,变形孪晶破坏,孪晶在滑移分割作用下呈现条带状。对比不同变形量的冷轧材料拉伸结果,屈强比随冷变形量的增加而增加。在小变形量(10%～20%)时,加工硬化值随着碳含量的增加而减小;当变形量较大时,随着应变量的增加,含碳量高的实验钢表现出更强的加工硬化。     

机械合金化及放电等离子烧结制备高氮奥氏体不锈钢

采用机械合金化技术和放电等离子烧结(SPS)制备了无镍高氮奥氏体钢(0Cr17Mn11Mo3N),研究了机械合金化粉末及其SPS烧结块体的氮含量、组织结构及性能的变化规律。研究表明:随着机械合金化时间的延长,粉末的氮含量显著增加,颗粒不断细化,球磨48 h和60 h能获得氮含量高、颗粒细小、成分均匀的不锈钢粉末;经过SPS烧结后粉末中的大部分氮能够在块体中保留下来,随着烧结温度的提高,烧结块体中的氮含量降低,致密度增加,球磨48 h和60 h的高氮不锈钢粉末在1000℃烧结都能获得完全奥氏体的高氮不锈钢块体,其氮含量分别为0.98%和1.06%,致密度达到97.44%和96.79%,硬度值高达458 HV10和471 HV10,且烧结体的断口主要呈现出撕裂型的韧窝延性断裂特征。