304奥氏体不锈钢电子束表面改性组织与性能研究

摘要

随着现代生产技术的提高，冷轧不锈钢板带的用途越来越广泛，用户对于冷轧不锈钢板带板形的质量要求也日益增高。在国内，不锈钢的消费结构主要以板材为主，在板材的冷轧加工过程中，材料会发生塑性变形，容易导致非常明显的加工硬化现象，这会对产品的使用性能产生极大影响，最明显的现象则是导致冲压制品极易开裂。强流脉冲电子束（HCPEB）作为一种新型的表面改性技术，可作用于材料表面，使材料的表层组织结构甚至成分发生变化，如发生晶粒细化，改善材料的硬度、耐磨性能、耐腐蚀性能，则材料表面的整体性能可得到一定提高，延长工件的使用寿命等。　　本课题受国家自然科学基金面上项目“多元共渗FGM涂层齿轮性能分布调控及服役行为研究”(项目号：51575073)资助，以304奥氏体不锈钢作为基材，冷轧与强流脉冲电子束工艺相结合，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射(XRD)等设备，采用电子通道衬度（ECC）、电子背散射衍射技术（EBSD）作为分析手段对组织进行表征，对性能进行了实验研究，论文主要工作如下：　　（1）对固溶处理后的304奥氏体不锈钢进行不同变形量的冷轧，研究不同形变量下材料的微观组织和织构演变。　　（2）通过对合金组织“准原位”跟踪观察，阐明合金的再结晶机制。　　（3）对不同变形量下的试样进行不同参数（22kV，5次；17kV，5次）下强流脉冲电子束的辐射，研究试样微观组织和织构演变。　　（4）通过性能实验比较了各实验条件下各试样的硬度、耐腐蚀性能、摩擦磨损性能，目的是提升304奥氏体不锈钢的综合性能。通过实验和分析主要得出以下结论：　　（1）304奥氏体不锈钢板材经室温冷轧不同压下量后，试样组织中会发生形变诱导马氏体相变，随变形量的增加，马氏体含量逐渐增加，晶粒逐渐呈现出纤维状，试样中形成板织构。　　（2）经电子束改性后，304不锈钢表面大量熔坑形貌产生，未形变的样品晶粒、晶界等没有明显变化，未产生相变。　　（3）形变材料电子束改性后，组织中的形变诱导马氏体向奥氏体转化，在奥氏体晶界与剪切带处开始发生不同程度的回复与再结晶，形成纳米级再结晶晶粒。同时等轴晶粒的出现能够有效的削弱合金织构强度，从而减少合金的各向异性。　　（4）准原位试验可表明冷轧制变形电子束照射过程中再结晶机制主要是原奥氏体及新生奥氏体的形核长大。　　（5）性能试验分析发现，材料硬度与马氏体含量或变形量呈正相关。经电子束处理后材料的硬度会整体下降，再结晶过程与加工硬化程度是其主要原因，冷轧试样经不同电子束参数处理后材料的腐蚀和摩擦磨损性能会有一定程度的提高。

目录

声明

1绪论

1.1课题来源及研究意义

1.1.1 课题的提出

1.1.2 研究意义

1.2不锈钢概述

1.2.1不锈钢的发展

1.2.2不锈钢的分类

1.2.3 304奥氏体不锈钢概述

1.3不锈钢的冷轧

1.3.1轧制工艺介绍

1.3.2冷轧不锈钢带生产工艺特性

1.3.3 304奥氏体的加工硬化

1.4高能束表面改性技术研究进展

1.4.1 激光束表面改性技术

1.4.2 离子束表面改性技术

1.4.3 电子束表面改性技术

1.5 本文研究内容

2 实验材料及方法

2.1 实验材料及预处理

2.2 实验方案

2.3实验工艺

2.3.1轧制工艺

2.3.2电子束工艺

2.4组织观察及样品制备

2.4.1组织观察

2.4.2 物相分析

2.5性能分析测试方法及设备

2.5.1 显微硬度检测

2.5.2 耐蚀性能检测

2.5.3耐磨性能检测

3 304形变过程中的微观组织结构演变

3.1 引言

3.2 原始态样品组织结构

3.3不同应变量对材料组织结构的影响

3.3.1 物相分析

3.3.2 组织

3.3.3 微观织构分析

3.4 本章小结

4 304奥氏体不锈钢电子束处理后的组织演变

4.1引言

4.2原始态样品强流脉冲电子束后组织结构（22kv，5次）

4.3准原位试验

4.4不同应变量对材料组织结构的影响（22kv，5次）

4.4.1组织

4.4.2 物相分析

4.4.3微观织构分析

4.5本章小结

5 不同脉冲电压对材料表面组织的影响及性能研究

5.1引言

5.2不同脉冲电压对材料组织结构的影响（17kv，5次）

（1）10%变形量的结果分析

（2） 30%变形量的结果分析

5.3 表面硬度

（1）不同冷轧变形试样的表面硬度

（2）不同冷轧变形试样电子束处理后的表面硬度（22kv、5次）

（3）10%、30%冷轧变形试样电子束处理后的表面硬度（17kv、5次）

5.4表面耐腐蚀性能

5.5 摩擦磨损特性

5.6本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果