微合金化超级马氏体不锈钢00Cr15Ni6Mo2的组织和性能研究

摘要

超低碳铬镍马氏体不锈钢具备优良的力学性能，不错的可焊性以及抗水、气腐蚀性，最近几年在大型水轮机叶片、核电工程构件、高压给水泵、石油钻井管道等能源行业的核心部件中应用广泛。针对国内外油田日益严重的腐蚀问题，超级13Cr油井管产品在达到110ksi高强度的同时还具有优异的抗高浓度CO2和微量H2S腐蚀性能获得广泛应用。但当温度超过150℃以后其抗CO2腐蚀的能力降低，同时强度难以进一步提高。但是随着深井、超深井的勘探开发，井下环境日益苛刻，具有更高的抗腐蚀能力，125ksi及更高强度级的油井管产品需求大增。本文从合金成分设计入手，设计开发了以00Cr15Ni6Mo2超级马氏体不锈钢为基础的6种不同成分的微合金化钢，通过观察实验钢正火+回火处理后的显微组织，测试其力学性能，研究Nb-N微合金化、Mo的含量多少、Mn，Cu的添加与否对组织转变和力学性能的影响规律，每种实验钢的性能-组织的相互联系，回火温度对显微组织和性能演化的作用，同时找出一个适合超级马氏体不锈钢马氏体转变开始温度的计算公式。研究结果表明: 1.通过回归计算得出适合超级马氏体不锈钢的Ms点计算公式为:Ms(℃)=539-450(％C+％N)-30(％Mn)-12.7(％Cr)-17.8(％Ni)-22(％Mo)-10(％Cu)-8(％Si)-11(％W)+56(％Nb)，由经验公式算得的理论温度与实测温度差值在±10℃范围内。 2.超级15Cr系列马氏体不锈钢6种实验钢的正火组织均为板条马氏体，在590℃～650℃高温回火保温过程中发生板条马氏体的回复、逆变奥氏体的生成和碳氮化物的析出。同火温度较低时，薄膜状逆变奥氏体开始在板条马氏体的板条束和板条群之间或原奥氏体的晶界处形成;随着回火温度的逐步升高，室温组织内逆变奥氏体的体积分数一直增大。 3.随着回火温度的升高，屈服强度先慢后快地降低，变化幅度可达150～400MPa左右，抗拉强度均匀缓慢地降低，变化幅度在100MPa以内;延伸率和冲击吸收功呈现先慢后快的变化趋势而逐渐升高，延伸率的变化幅度在3％以内，冲击吸收功的值也不超过40J。 4.在高耐蚀的超级马氏体不锈钢中，为了克服Mo促生δ铁素体带来的不利影响,钢中需要适当添加奥氏体稳定化元素Ni，Mn,N,Cu;Mo强烈抑制回火组织中逆变奥氏体的生成，从而使钢的屈服强度明显提高;Cu在提高超级马氏体不锈钢耐蚀性的同时，与Mn一样起到抑制δ铁素体出现和促进逆变奥氏体生成的双重作用，它们都略微降低钢的屈服强度;N的存在有效地抑制了δ铁素体的形成，并可以与微合金化元素Nb形成特殊氮化物提高钢的强度，但是N与C一样会显著降低钢的马氏体转变开始温度。

目录

声明

摘要

1．1不锈钢概述

1．1．1不锈钢的简介

1．1．2不锈钢的分类

1．2马氏体不锈钢

1．2．1马氏体不锈钢的分类

1．2．2马氏体相变的初始温度Ms点

1．3超级马氏体不锈钢

1．3．1超级马氏体不锈钢的热处理制度

1．3．2超级马氏体不锈钢中合金元素的作用

1．4含N和Nb不锈钢的发展

1．4．1含N不锈钢的发展

1．4．2含Nb不锈钢的发展

1．5本课题的研究意义和目的

2．1实验材料

2．2热处理工艺

2．3热膨胀分析

2．4测试分析方法

2．4．1光学金相显微组织观察

2．4．2 X射线衍射物相分析

2．4．3透射电子显微分析

2．5．2冲击实验

2．5．3洛氏硬度测定

第3章实验结果与分析

3．1实验钢Ms点的测定

3．2实验钢的研究结果

3．2．1 C7钢的研究结果

3．2．2 C8钢的研究结果

3．2．3C9钢的研究结果

3．2．4 C10钢的研究结果

3．2．5 C11钢的研究结果

3．2．6 C12钢的研究结果

3．3合金元素对组织和力学性能的影响

3．3．1 Mo对组织和力学性能的影响

3．3．2 Mn对组织和力学性能的影响

3．3．3 Cu和N对组织和力学性能的影响

第4章结论

参考文献

致谢