熔模铸造430不锈钢晶粒细化工艺及性能研究

摘要

熔模铸造430不锈钢铸件具有精度高、表面粗糙度低、加工余量少、生产灵活性高、适应性强等优点，但由于在凝固过程中容易形成粗大柱状晶，以及σ相脆性、475℃脆性、高温脆性、马氏体脆性和铸造脆性，缺口敏感性高，对晶间腐蚀比较敏感，加上熔模铸造冷却速度慢，工艺流程繁琐，生产周期长等，严重限制了430不锈钢的应用。本文分别采用斜坡预结晶法、细化剂变质法和斜坡-细化剂复合法制备了熔模铸造430不锈钢方棒和薄板样品，研究了相关制备工艺参数和热处理对钢液充型能力以及样品金相组织和力学性能的影响。 采用斜坡预结晶法的研究表明，优化的工艺参数为:浇注温度1600℃，斜坡角度30°，斜坡长度300mm，在优化工艺条件下制备的薄板铸态样品铁素体晶粒平均等效圆直径为230μm，圆形度为0.86。样品经过800℃退火后，马氏体发生分解，有碳化物析出，其抗拉强度达到了462MPa，延伸率为29％，断面收缩率为52％，冲击功为28J。 采用细化剂变质法的研究表明，在40目到150目范围内，随着细化剂颗粒度增大，铁素体晶粒平均等效圆直径增大，圆形度降低。T2型细化剂比T1型细化剂变质处理获得的样品的晶粒更圆整。浇注温度1640℃时细化效果优于1600℃。优化的工艺参数为:浇注温度1640℃，加4％的40目T2型细化剂。在此工艺条件下，薄板样品铁素体晶粒的平均等效圆直径为198μm，圆形度为0.89，经过800℃退火后，样品的抗拉强度为569MPa，延伸率为27％，断面收缩率为56％，冲击功为20J。 采用斜坡-细化剂复合法的研究表明，优化的工艺参数为:浇注温度1640℃，斜坡角度30°，加2％的40目T2型细化剂，薄板样品铁素体晶粒的平均等效圆直径为210μm，圆形度为0.87，经过800℃退火后，样品的抗拉强度为576MPa，延伸率为29％，断面收缩率为56％，冲击功为22J。 与普通熔模铸造相比，三种方法制备的样品晶粒都得到明显细化，可以获得近等轴晶组织，热处理后的力学性能得到显著提高。在三种方法制备的样品中，方棒样品比薄板样品的钢液充型能力强，晶粒尺寸较大，力学性能较低。比较三种制备方法，斜坡预结晶法得到的薄板样品铁素体晶粒平均等效圆直径最大，圆形度最低，抗拉强度最小。细化剂变质法得到的薄板样品晶粒平均等效圆直径最小，圆形度最大，抗拉强度较高，但粉末的团聚堆积使钢液充型能力降低。斜坡-细化剂复合法制备的薄板样品综合力学性能和钢液充型能力最好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的和意义

1．3 国内外研究现状

1．4 斜坡预结晶法研究现状

1．5 铁素体不锈钢熔模铸造铸件的脆性

1．5．1 铸造脆性

1．5．2 σ相析出脆性

1．5．3 475℃脆性

1．5．4 高温脆性

1．6 研究内容与方法

1．6．1 主要研究内容

1．6．2 研究方法

1．6．3 创新点和难点

第二章 试验方法

2．1 样品的化学成分和制备

2．1．1 钢液的基本成分和熔炼

2．1．2 样品尺寸与浇注系统设计

2．1．3 型壳制备

2．2 热处理试验

2．3 斜坡预结晶法工装设计与试验方案

2．3．1 斜坡冷却体的设计

2．3．2 试验方案

2．4 细化剂的选择与试验方案

2．4．1 细化剂的选择

2．5 组织观察和性能测试

2．5．1 金相试验

2．5．2 显微硬度测试

2．5．3 拉伸试验

2．5．4 冲击试验

2．5．5 ESEM和EDS成分分析

第三章 普通熔模铸造对430不锈钢组织、性能及热处理的影响

3．1 普通熔模铸造430不锈钢样品的铸态组织

3．2 430不锈钢的热处理

3．3 本章小结

第四章 斜坡预结晶法对430不锈钢组织和力学性能的影响

4．1 斜坡预结晶法对钢液充型能力的影响

4．2 工艺参数对样品铸态组织和力学性能的影响

4．2．1 样品的金相组织和力学性能

4．2．2 浇注温度对样品组织和力学性能的影响

4．2．3 斜坡角度对样品组织和力学性能的影响

4．2．4 斜坡长度对样品组织和力学性能的影响

4．3 样品尺寸对样品组织和性能的影响

4．3．1 样品尺寸对金相组织的影响

4．3．2 样品尺寸对力学性能的影响

4．4 本章小结

第五章 细化剂变质处理对430不锈钢组织和力学性能的影响

5．1 细化剂对钢液的充型能力的影响

5．2 工艺参数对样品铸态组织和力学性能的影响

5．2．1 样品的金相组织和力学性能

5．2．2 细化剂种类对样品组织和力学性能的影响

5．2．3 细化剂粒度对样品组织和力学性能的影响

5．2．4 细化剂加入量对样品组织和力学性能的影响

5．2．5 浇注温度对样品组织和力学性能的影响

5．3 样品尺寸对样品组织和性能的影响

5．3．1 样品尺寸对金相组织的影响

5．3．2 样品尺寸对力学性能的影响

5．4 本章小结

第六章 斜坡-细化剂复合法对430不锈钢组织和力学性能的影响

6．1 斜坡-细化剂复合处理对钢液的充型能力的影响

6．2 不同工艺条件下样品组织和力学性能

6．2．1 样品的金相组织和力学性能

6．2．2 浇注温度对样品组织和力学性能的影响

6．2．3 斜坡角度对样品组织和性能的影响

6．2．4 细化剂加入量对样品组织和力学性能的影响

6．3 样品尺寸对样品组织和力学性能的影响

6．4 本章小结

第七章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文