高氮奥氏体不锈钢的组织与性能研究

摘要

高氮奥氏体不锈钢（以下简称高氮钢）具有高强度、高韧性等优异的力学性能，优良的耐蚀性能和磁性能，通过以氮代镍既能稳定奥氏体组织又能大大降低原材料成本，高氮钢的研究工作受到国内外学者的关注与重视。作为结构材料的高氮钢，工程使用中要承受不同载荷，然而在高温条件下，高氮钢的组织稳定性较差。基于这两点，深入研究高氮钢的力学性能和组织稳定性具有相当重要的意义。
　　本文以铸态0Cr21Mn17Mo2NbN高氮钢为研究对象，对不同热处理条件下高氮钢的拉伸应变硬化行为进行分析，拟合其应变硬化曲线，并分析了拉伸断口形貌；对不同压缩变形量下固溶处理后高氮钢的组织特征进行了分析，探究了其变形特征；研究了高氮钢的时效析出规律，对时效后层片状的析出物进行热处理调整，分析了热处理调整后的组织特征。
　　研究结果表明：
　　（1）固溶态的拉伸试样抗拉强度最高，铸态的次之，而最大总伸长率分别达到了48.7％、46.6%，表现出了很强的塑性变形能力。时效态的试样力学性能最差，最大总伸长率仅为9%。固溶态的应变硬化指数最高为0.83，铸态次之，时效态最低。固溶态高氮钢拉伸断口韧窝特征明显，断裂方式为典型的微孔聚集型断裂，表现出明显的韧性断裂特征；时效态高氮钢的断裂为沿晶断裂，表现出明显的脆性断裂特征；铸态高氮钢的断口为穿晶断裂和沿晶断裂混合断口，断裂类型近似为准解理断裂。
　　（2）固溶态实验钢在压缩变形初期时，主要是以滑移变形为主，滑移主要以单滑移为主。随变形量增加至30%，开始出现孪晶。当变形量增加至40%左右，孪晶局部被滑移线切过。当变形量进一步增加时，位错大量增殖导致孪晶被滑移线切成块状。
　　（3）铸态实验钢经1140℃和10小时固溶处理后，在750℃、850℃、950℃下进行不同保温时间时效处理，然后在1020℃分别保温2小时、4小时后水淬。实相同的保温时效时间内，850℃下析出最为明显。同一时效温度下，随保温时间延长，胞状析出物由晶界向晶内生长，形状呈层片状、条状、短棒状及颗粒状；850℃时效8小时、16小时后经1020℃保温4小时，析出物的球化现象比较明显。随着保温时间延长，硬度不断降低。

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第一章 绪 论

1.1 高氮奥氏体不锈钢的定义及分类

1.2 高氮奥氏体不锈钢的国内外研究概况

1.3 氮在奥氏体不锈钢中的作用

1.4 材料的变形机制

1.5 高氮不锈钢应用前景

1.6 本论文的研究目的和内容

第二章 实验方法

2.1 实验材料制备

2.2 显微组织观察及性能测试

第三章 高氮奥氏体不锈钢铸锭的显微组织特征

3.1 引言

3.2 高氮奥氏体不锈钢铸锭的显微组织

3.3 高氮奥氏体不锈钢铸锭析出物分析

3.4 高氮奥氏体不锈钢铸锭组织中孔洞分析

3.5 小结

第四章 高氮奥氏体不锈钢的拉伸力学性能

4.1 引言

4.2 高氮奥氏体不锈钢拉伸试样的显微组织

4.3 高氮奥氏体不锈钢拉伸应变硬化曲线的拟合

4.4 高氮奥氏体不锈钢拉伸断口形貌分析

4.5 小结

第五章 固溶态高氮奥氏体不锈钢压缩变形特征

5.1 引言

5.1 不同压缩变形量下高氮奥氏体不锈钢变形特征

5.2 不同压缩变形量下高氮奥氏体不锈钢的显微硬度

5.3 小结

第六章 高氮奥氏体不锈钢层片结构的热处理调整

6.1 引言

6.2 热处理工艺方法

6.3 实验结果与分析

6.4 小结

第七章 结 论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果