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低镍奥氏体不锈钢组织与凝固模式

梁新斌  
【摘要】: Cr-Mn-N系奥氏体不锈钢因为具有低镍低成本特点而受到广泛关注,但是由于成分与传统的Cr-Ni系奥氏体不锈钢不同,因此该系列不锈钢在轧制过程中容易出现边裂等问题。这种边裂的产生与凝固模式有关。奥氏体不锈钢的凝固模式主要由化学成分决定,同时受冷却速度的影响。本论文选用新型低镍Cr-Mn-N系奥氏体不锈钢Cr15Mn9Cu2Ni1N为实验材料,利用THERMORESTOR-W型焊接热模拟机对试样进行可控制冷却速度和调整Cr、Mn含量的凝固实验,采用光学显微镜和电子探针等手段,研究了冷却速度和Cr、Mn含量对Cr15Mn9Cu2Ni1N钢组织和凝固模式的影响。 首先开发了在焊接热模拟试验机上进行熔炼试验的实验方法。在熔炼实验中发现:保温时较大电流会产生较大电磁搅拌力,进而使熔炼后试样中出现孔洞。这个问题通过严格控制热电偶的位置,尽量减小加热线圈电流和适当延长保温时间等关键操作得以解决。然后利用开发成功的熔炼实验方法进行了控制冷却速度和改变Cr、Mn含量的凝固实验。 控制冷却速度凝固实验结果表明:当冷却速度较小时,试样的组织为奥氏体基体上分布着蠕虫状铁素体,凝固模式为FA模式;当冷却速度增大时,凝固模式变为大部分液相先析出铁素体,剩余液相直接析出奥氏体模式;随冷却速度增大,铁素体形态经历了从蠕虫状向网状、树枝状和侧板条状转变。 调整Cr和Mn含量实验结果表明:Cr含量大于17.8%时,凝固模式由大部分液相先析出铁素体而剩余液相直接析出奥氏体模式转变为FA模式。Cr含量为18.8%时,N含量较低的试样组织变为铁素体和奥氏体各占约50%的双相钢,N含量较高的试样组织仍为奥氏体基体上分布有网状铁素。含量大于11%时,Mn由奥氏体化元素转变为铁素体化元素,使得凝固模式由液相先析出铁素体而剩余液相直接析出奥氏体模式转变为FA模式,较高的Mn含量增加了固-液界面前沿的成分过冷度,使得结晶形态由胞状转变为树枝状。


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