几种典型合金元素对轨道车辆用301L不锈钢组织和性能的影响及其物理作用机制

摘要

不锈钢轨道车辆车体材料常采用301L不锈钢，不同强度等级可应用在轨道车辆车体的不同部位。301L不锈钢作为亚稳态奥氏体不锈钢，在冷变形过程中会发生形变诱导马氏体相变，合金元素对马氏体转变的难易和转变量起着决定性的作用，从而直接影响轧制态样品的组织和力学性能。 本文采用铝热反应法制备不同Ni、N和Mn含量的301L不锈钢，通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）分析三种合金元素含量对301L不锈钢铸态和轧制态组织影响，通过分析HT-301L不锈钢室温拉伸和显微硬度实验以及N-301L不锈钢室温拉伸实验的结果，研究三种合金元素对301L不锈钢力学性能的影响。 1．铸态301L不锈钢包含铁素体δ和奥氏体?两相，在1200℃退火处理3h后，发生铁素体δ向奥氏体?的相变，铁素体δ数量下降，几乎消失。轧制后样品中的奥氏体发生相变形成应力诱导α′-马氏体。随Ni含量增加轧制态样品中α′-马氏体体积分数逐渐降低，抗拉强度和显微硬度呈先增加后下降的趋势，而屈服强度明显减小，延伸率明显增加。随着Ni含量的增加，第一次冷轧退火样的屈服强度和抗拉强度明显减小，而延伸率显著增加。 2．N元素的含量对铸态301L不锈钢中铁素体的形貌具有非常显著的影响，随着N含量的增加，铁素体由长条状变化为短棒状和岛状，当N含量达到0.13%时铁素体主要为针状和岛状。随N含量的增加轧制态HT-301L不锈钢中α′-马氏体逐渐减少，形貌总体无太大变化。随着N含量的增加，HT-301L不锈钢的屈服强度、抗拉强度以及显微硬度均明显增加，延伸率先增加后减小。随N含量增加退火态N-301L不锈钢屈服强度和抗拉强度略有增加，而延伸率明显减小。 3．随着Mn含量的增加轧制态HT-301L不锈钢中α′-马氏体含量逐渐降低，并且板条状马氏体逐渐破碎，当Mn含量上升至1.42%时，马氏体含量下降至约10%。随着Mn含量从1.00%增加至1.42%，轧制态HT-301L不锈钢屈服强度先减小后增加，抗拉强度、延伸率以及显微硬度逐渐增加；退火态N-301L不锈钢的屈服强度先减小后增加，抗拉强度逐渐减小，延伸率逐渐增加，延伸率最高可达31.10%。 4.当层错能在15mJ·m-2~18mJ·m-2或Md30在35~37℃时301L具有良好的强度和塑性，而其它参数，尤其是Ms的影响较小。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 轨道车辆车体材料以及国内外发展的概述

1.2.1 轨道车辆用材料的选择

1.2.2 轨道车辆用不锈钢

1.2.3 轨道车辆不锈钢车体国内外发展现状

1.3 奥氏体不锈钢的研究概述

1.3.1奥氏体不锈钢的概述

1.3.2常见合金元素在奥氏体不锈钢中的作用及研究

1.3.3轧制工艺对奥氏体不锈钢性能影响的研究

1.4 301L不锈钢的研究概述

1.4.1 301L不锈钢概述

1.4.2 301L不锈钢加工硬化

1.4.3 301L不锈钢研究现状概述

1.5 本文的主要内容及意义

第2章 Ni元素含量对301L不锈钢组织和性能的影响及其物理作用机制

2.1 实验过程

2.2 实验结果

2.2.1 Ni含量对301L不锈钢组织的影响

2.2.2 Ni含量对301L不锈钢力学性能的影响

2.3结果讨论

2.4 本章小结

第3章 N元素含量对301L不锈钢组织和性能的影响及其物理作用机制

3.1实验

3.2实验结果

3.2.1 N含量对301L不锈钢组织的影响

3.2.2 N含量对301L不锈钢力学性能的影响

3.3 结果讨论

3.4 本章小结

第4章 Mn元素含量对301L不锈钢组织和性能的影响及其物理作用机制

4.1 实验

4.2实验结果

4.2.1 Mn含量对301L不锈钢组织的影响

4.2.2 Mn含量对301L不锈钢力学性能的影响

4.3 结果讨论

4.4本章小结

第5章 各项物理参数对马氏体体积分数和力学性能的影响及其物理作用机制

5.1 层错能对马氏体体积分数和力学性能的影响

5.2 Md30对马氏体体积分数和力学性能的影响

5.3 Ms对马氏体体积分数和力学性能的影响

5.4 Creq/Nieq对马氏体体积分数和力学性能的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文