基于形变热处理的双相不锈钢组织细匀化工艺及性能研究

摘要

双相不锈钢是指组织中铁素体相与奥氏体相各占约一半的一种不锈钢，其具有优异的力学和焊接性能及在复杂的腐蚀环境中良好的耐蚀性。(α+γ)双相不锈钢的力学性能主要取决于γ/α的相比例、形状和分布等。双相不锈钢在(α+γ)双相区轧制后轧面的显微组织多呈沿变形方向被严重拉长的γ奥氏体相分布在铁素体基体上的(α+γ)双相混合组织，存在明显的各向异性，极大地限制了双相不锈钢的应用。将具有各向异性的双相不锈钢高温处理获得的铁素体α单相组织在(α+γ)双相区时效后可再次形成(α+γ)双相组织，但双相组织较粗大并具有明显的魏氏组织特征，析出相γ在α晶界处或晶粒内呈针状分布，导致其延伸率低，塑性差。因此，消除(α+γ)双相不锈钢的各向异性，提高其塑韧性，成为推广其应用的重要前提。
　　从显微组织来讲，奥氏体γ相（包括相内晶粒）的微细化是有效改善经塑性变形的双相不锈钢各向异性的根本途径。本文选取Fe-22Cr-5Ni-0.18N双相不锈钢为研究对象，通过适当的形变热处理工艺（高温单相+重度冷变形+固溶处理）获得了弥散分布且细小均匀的(α+γ)双相组织，利用EBSD分析技术，讨论了细匀化组织的形成机理，并通过力学性能和耐蚀性对比，分析了细匀组织对性能的影响规律，所得结果表明：
　　（1）增大冷变形量，有助于提高(α+γ)双相组织的细化效果，获得等轴状均匀分布的γ奥氏体相可显著改善各向异性。
　　（2）固溶处理对γ相细匀程度影响显著。随着固溶温度的升高和保温时间的延长，γ相的尺寸增大，其尺寸与固溶温度呈近线性关系。
　　（3）经EBSD分析可知，细小的γ相主要α亚晶的三叉晶界处形核长大，γ相与α基体保持了典型的K-S位向关系。
　　（4）细匀组织提高了材料的强度与硬度，且抗拉强度值与显微硬度值之间的关系满足：σb≈3Hv；具有细匀双相组织的双相不锈钢仍具有较好的耐蚀性。

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第1章 绪 论

1.1选题背景

1.2 双相不锈钢的发展及方向

1.3 双相不锈钢的性能特点

1.4 双相不锈钢的主要应用领域

1.5双相材料组织微细化理论的国内外研究现状

1.6本文的主要研究内容

第2章 试验材料和方法

2.1 试验材料及形变热处理

2.2金相观察

2.3显微硬度的测定

2.4电子背散射衍射（EBSD）分析

2.5微拉伸实验及其断口分析

2.6三氯化铁浸泡加速腐蚀实验

2.7耐点蚀性的电化学评估

第3章 形变热处理对双相组织细化的影响

3.1加热过程中的组织演化

3.2获得铁素体单相的探索

3.3不同冷变形量对铁素体α单相组织细化效果的影响

3.4铁素体单相经形变热处理后的组织变化

3.5细匀化效果对比

3.6本章小结

第4章 基于EBSD技术的组织细匀化演变特征及机理研究

4.1 不同工艺处理对组织细匀化的作用

4.2 不同工艺下组织中的KAM密度变化

4.3α相和γ相的晶界特征分布

4.4α相和γ相间的取向关系

4.5本章小结

第5章 组织细匀化对力学性能及耐蚀性的影响

5.1力学性能分析

5.2显微硬度分析

5.3显微硬度与抗拉强度的关系

5.4 拉伸断口形貌及其附近的组织特征

5.5耐蚀性评估

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢