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氮合金化低碳马氏体不锈钢的组织与性能研究

赵喜庆  
【摘要】:低碳马氏体不锈钢具有良好的淬透性、优良的室温和低温力学性能、腐蚀疲劳强度和动静态断裂韧性,良好的铸、锻、焊和机加工等冷热工艺性能,获得了广泛的应用。作为低碳马氏体不锈钢领域的最新成果的Nb-V-N复合微合金化技术,既有效地抑制了δ铁素体的生成又大幅地提高了材料的强度,但其设计原理和控制范围还有待深入研究。 本文作为低碳马氏体不锈钢氮合金化的理论与技术系统研究的一部分,设计和熔炼了一系列不同含氮量的实验用钢,通过热力学计算和实验测试探讨了氮对低碳马氏体不锈钢的相平衡、马氏体转变点的影响,通过对含氮及不含氮的马氏体不锈钢在不同处理条件下的相组成、显微组织及力学性能的对比分析研究了氮对不锈钢在回火处理过程中组织演变及力学性能的影响规律。研究得到如下结论: 1.热力学平衡相图计算结果表明,N的加入有效的抑制了6-铁素体的形成,氮元素有扩大奥氏体相区温度范围的作用,但在低温平衡相区会促进Cr2N相的生成,抑制χ相和σ相的形成。 2.氮降低了低碳马氏体不锈钢的马氏体开始转变温度Ms点,明显提高了钢在室温时残余奥氏体的含量。钢中每增加1.0%N,Ms点降低430℃左右,与C的作用效果相当。 3.含氮和不含氮的低碳马氏体不锈钢在中温回火时板条马氏体内都会形成逆变奥氏体。随着回火温度的升高,奥氏体含量增加,当回火温度升高到某一点时,逆变奥氏体体积分数达到最大,以后随着回火温度的升高又逐渐减少,并代之以一种条纹状的显微组织。含氮的马氏体不锈钢在回火过程中析出针状的Cr2N相。氮含量越高,逆变奥氏体的体积分数越少。 4.低碳马氏体不锈钢随着回火温度的升高其强度呈现先降低后升高的变化趋势,延伸率和冲击韧性则随着回火温度的升高呈现先升高后降低的变化趋势。随着含氮量的增加,氮合金化的低碳马氏体不锈钢的强度升高,塑性和韧性降低。


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