铁素体不锈钢晶粒细化及耐腐蚀性研究

摘要

本文介绍了在工业纯铁和0Cr17铁素体不锈钢中加入不同含量的强碳氮化合物形成元素钛，并加入适量的硅、锰、铝，利用钛与C、N原子的强烈亲和作用，来固定C、N等间隙原子，生产含钛铁素体不锈钢。包括试验钢的化学成分设计，冶炼、锻造及普通的轧制工艺设计。采用了金相显微镜、透射电子显微镜等显微分析手段和力学性能、电化学试验等试验方法，观察和分析了试验钢的组织、晶界、析出物的特点，考察了钛对试验钢的强韧性的影响，研究了试验钢的耐腐蚀性能，并对不锈钢的微合金化问题进行了较为全面的探讨。 通过对试验钢的力学性能和显微分析后可以认为，当材料在低于奥氏体再结晶温度而高于Ar3相变温度时变形，能够促使相变在较高的温度下发生，并且能得到较小半径的临界核胚。要想得到超细晶铁素体组织，必须对钢铁材料进行较大程度的变形。强碳氮化合物形成元素钛可以通过其碳氮化合物在均热时阻止奥氏体晶粒的长大，热轧过程中阻止奥氏体再结晶及钢中存在的细小未溶的钛的碳氮化合物促进 转变这几个方面来细化铁素体晶粒。试验结果表明，钛可以细化0Cr13铁素体不锈钢晶粒，提高其强度，改善其韧性，使之具有较好的加工性能。钛的添加量有一最佳范围，过多过少都不能获得理想的强化效果，当钛的含量为碳含量的6～9倍时具有较好的效果。 分析计算表明，第二相析出粒子Ti（C,N）粒子对铁素体晶界的拖曳力主要取决于其大小及所占体积分数。Ti（C,N）粒子越小，所占体积分数越大，越能有效地细化铁素体晶粒，从而提高钢铁材料的综合性能。通过对沉淀析出第二相粒子的热力学与动力学分析可知，Ti（C,N）析出粒子越细小，越容易粗化，因而要得到极细的第二相析出粒子比较困难。 通过实验室的电化学试验结果分析，表明：普通的0Cr13型铁素体不锈钢耐晶间腐蚀的能力较差。引入钛之后，钢中的碳与强碳氮化合物形成元素钛可以生成很稳定的钛碳化物，(Fe,Cr)7C3在晶界上的析出受到抑制。钛元素的引入，消除了钢中的C、N间隙原子，抑制了珠光体组织的生成，净化了铁素体晶界，提高了铁素体组织的均匀性，使其耐腐蚀性能显著提高。