铌钛双稳定化高纯铁素体不锈钢的组织与性能

摘要

近年来，由于镍价格的上涨，传统含镍奥氏体不锈钢的生产成本逐年增加，不含或仅含少量镍的铁素体不锈钢得到了广泛的应用。碳氮总量低于300×10-6的高纯铁素体不锈钢是不锈钢产业发展的重要方向。通常采用铌和钛来固定高纯铁素体不锈钢中的碳和氮，生成的铌和钛的碳氮化物以及固溶的铌和钛对钢的组织和织构具有极大影响，从而显著影响其耐腐蚀性能和力学性能。本文系统研究了铌和钛对高纯铁素体不锈钢性能的影响，研究确定了铌和钛含量的控制区间，并优化了退火工艺，研究开发出一种低成本的高纯铁素体不锈钢，并成功进行工业试制。
　　本文首先确定了铌和钛在高纯铁素体不锈钢中的赋存状态及含铌钛第二相的析出条件，然后研究确定了不同铌和钛含量条件下高纯铁素体不锈钢组织和综合性能（成形性能、拉伸性能和耐腐蚀性能）的变化规律。结果表明，铌钛复合稳定化是高纯铁素体不锈钢获得良好成形性能的必然选择，且有利于提高耐腐蚀性能，而对拉伸性能的影响并不显著。增加铌含量有利于提高退火冷轧板的抗起皱性能和降低Δr值;适当增加钛含量有利于提高(r)值，但不宜过高，应控制在0.20％以下。铌和钛通过影响热轧板的再结晶组织显著影响其退火冷轧板的成形性能，热轧板退火后完成再结晶且具有较小的晶粒尺寸有利于高纯铁素体不锈钢获得良好的成形性能。
　　基于热轧板再结晶组织对成形性能的显著影响，对不同铌和钛含量高纯铁素体不锈钢热轧板的再结晶过程进行了研究，建立了高纯铁素体不锈钢热轧板的再结晶动力学模型，并对模型进行实验验证，结果表明模型具有较高的精度。铌和钛对再结晶过程的影响作用机制不同，尺寸细小的富铌碳化物会抑制再结晶;而尺寸大于1μm的TiN夹杂物有利于再结晶。
　　基于上述研究结果，结合铌和钛的合金成本，优化确定了高纯铁素体不锈钢适宜的铌钛含量控制区间，其适宜的铌钛含量应满足(Nb+Ti)/(C+N)比值在13至23之间，并研究开发了一种低成本的高纯铁素体不锈钢，对其退火工艺进行了优化设计，工业生产所获产品的性能指标高于未优化前的钢种。塑性应变比(r)值由1.84提高至2.22，点蚀电位由0.097V提高至0.133V，再活化率由0.0067降低至0.0042。同时，吨钢合金成本降低了567.4元。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 本课题的研究背景

1．3 本课题的研究内容

第2章 文献综述

2．1 铌和钛在铁素体不锈钢中的作用

2．1．1 固定碳氮

2．1．2 细晶强化

2．1．3 析出强化

2．1．4 固溶强化

2．2 铁素体不锈钢的成形性能及其影响因素

2．2．1 铁素体不锈钢的成形性能

2．2．2 织构的影响

2．2．3 化学成分的影响

2．2．4 初始凝固组织的影响

2．2．5 轧制工艺的影响

2．2．6 退火工艺的影响

2．3 铁素体不锈钢的耐腐蚀性能及其影晌因素

2．3．1 晶间腐蚀产生的机理及其影响因素

2．3．2 点蚀产生的机理及其影响因素

第3章 试样制备及研究方法

3．1 合金成分设计

3．2 试样制备工艺

3．3 检测分析方法

3．3．1 第二相分析方法

3．3．2 组织和织构分析方法

3．3．3 力学性能检测分析方法

3．3．4 耐腐蚀性能检测分析方法

第4章 铌和钛在高纯铁素体不锈钢中的赋存状态研究

4．1 铌和钛在高纯铁素体不锈钢冶炼和凝固过程中的赋存状态

4．1．1 热力学分析

4．1．2 高纯铁素体不锈钢冶炼和凝固过程中夹杂物析出的实验研究

4．2 铌和钛在高纯铁素体不锈钢轧制和退火过程中的赋存状态

4．2．1 热力学分析

4．2．2 高纯铁素体不锈钢轧制和退火过程中析出相生成的实验研究

4．3 本章小结

第5章 高纯铁素体不锈钢的综合性能研究

5．1 高纯铁素体不锈钢的成形性能

5．1．1 单铌和单钛稳定化高纯铁素体不锈钢的组织和成形性能

5．1．2 不同铌含量高纯铁素体不锈钢的组织和成形性能

5．1．3 不同钛含量高纯铁素体不锈钢的组织和成形性能

5．2 高纯铁素体不锈钢的拉伸性能

5．3 高纯铁素体不锈钢的耐腐蚀性能

5．3．1 高纯铁素体不锈钢的耐晶问腐蚀性能

5．3．2 高纯铁索体不锈钢的耐点蚀性能

5．4 本章小结

第6章 高纯铁素体不锈钢的热轧退火工艺研究

6．1 高纯铁素体不锈钢再结晶动力学的研究

6．1．1 实验方法

6．1．2 高纯铁素体不锈钢热轧板的退火时间研究

6．1．3 高纯铁素体不锈钢热轧板再结晶动力学模型的建立

6．1．4 高纯铁素体不锈钢热轧板再结晶动力学模型的验证

6．2 高纯铁素体不锈钢热轧板再结晶温度的研究

6．3 本章小结

第7章 铌和钛双稳定化高纯铁素体不锈钢的工业试制

7．1 高纯铁素体不锈钢的成分设计

7．2 高纯铁素体不锈钢的退火工艺设计

7．3 高纯铁素体不锈钢的工业试制

7．4 本章小结

第8章 结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文

作者简介