氮对304L奥氏体不锈钢力学性能 的影响及其作用机理的研究-冶金工程专业论文.docxVIP

内蒙古科技大学硕士学位论文 内蒙古科技大学硕士学位论文 万方数据 万方数据 摘 要 针对冶炼高氮钢的高成本及镍资源的昂贵、低碳奥氏体不锈钢力学性能差等问 题，本实验以 304L 奥氏体不锈钢为研究对象，首次通过热力学计算原理、Thermo- calc 软件、差热分析说明了氮常压下氮化物冶炼高氮钢是可行性，为低成本冶炼高 性能高氮钢提供了依据。利用 Image-Pro-Plus 软件测定晶粒的大小，用 Quanta400 型扫描电镜观察碳、氮化物的固溶效果，综合考虑晶粒大小及固溶效果以确定合适 的热处理制度，研究了晶粒长大的规律及固溶处理对力学性能的影响及 N、Nb 对奥 氏体晶粒大小及力学性能的影响。 研究表明，1600℃下，氮化铬等氮化物在氮常压不分解，在氮压为 0.082MPa 下，可以成功冶炼出氮含量为 0.4%的低成本高力学性能的 304N 奥氏体高氮不锈 钢。综合考虑晶粒大小及碳、氮化物的固溶效果，最佳固溶处理制度为 1100℃、保 温 1h 。温 度越高 ， 晶粒长大 速度越 快。 保温 1h，304L 晶 粒 长大的激 活能为 223.41kJ/mol，保温 2h，晶粒长大激活能为 211.09kJ/mol。304L 的硬度随着固溶温 度的升高总体呈现下降的趋势，但相同保温时间的不同温度区间，硬度减小的速率 不同。保温 1h，硬度的下降速率呈现快、慢、快的特点；保温 2h，硬度下降速率呈 现逐渐变快的特点。 以氮代镍后，实验钢奥氏体晶粒变大，硬度增加，由原来的 77.08HRB 增加到 91.06HRB ，增幅为 18.14% ； 强 度 增 加 ， 抗 拉 强 度 由 原 来 的 825MPa 变成 1130MPa，增 幅为 36.97%， 屈服 强度 由原 来的 659MPa 变成 855MPa，增 幅为 29.74%，每增加 0.1%N 的抗拉强度增加 76.25MPa，屈服强度增加 49MPa。塑性、 冲击韧性都呈现先减小后增大的趋势，氮含量为 0.4%时塑、韧性都较好。钢中加入 0.035%铌元素后，可以细化奥氏体晶粒，抗拉强度提高 30MPa，屈服强度提高 5MPa，塑、韧性均有所降低。 关键词：高氮不锈钢； 热力学计算；固溶处理；晶粒长大规律；力学性能 I Abstract In view of the problems in high cost of smelting high nitrogen steel, nickel resource expensive and poor mechanical properties of low carbon austenitic stainless steel, it shows that smelting high nitrogen steel is feasible under nitrogen atmospheric pressure through thermodynamic calculation principle and thermo-calc software, differential thermal analysis in order to providing a basis for the low cost and high mechanical properties of smelting high nitrogen steel, which is based on the experiment in 304N austenitic stainless steel. Considering the grain size measured by image Pro Plus software and solution effect of carbide and nitride observed by Quanta400 type scanning electron microscope it determined the appropriate heat treatment system. And it studied the grain growth behavior and effects of solution treatment on the mechanical properties. Besides, it studied the effects of N and Nb on the austenitic grain size and mechanical properties. The researches show that nitride does not decompose at 1600