Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼的化合物相及耐蝕性能研究.pdf

1、不銹鋼輕量化在車輛、船舶、潛艇和航空等領域有著巨大的應用前景，傳統的鉻不銹鋼不能完全滿足現在交通工具發(fā)展需要。目前正研究的Fe-Mn-Al系輕質不銹鋼因耐蝕性較傳統鉻不銹鋼差，機械性能也沒充分發(fā)揮，還未能走向實用，廉價的合金元素氮能同時提高鋼的耐蝕性和強度、硬度、耐磨性等機械性能，但目前有關含氮輕質不銹鋼的研究和應用不多。另外，Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼中化合物相種類繁多，目前有關這類鋼中化合物相的種類和析出規(guī)律還不清楚，研究其

2、化合物相析出規(guī)律顯得尤為必要。
　　本文在文獻分析的基礎上，根據理論計算和前人研究設計出了一種Fe-9％Mn-15%Al-0.65%C-0.2%N輕質不銹鋼；用25KG感應爐冶煉制備出了19KG Fe-8.37%Mn-15.97%Al-0.65%C-0.2%N輕質不銹鋼鋼錠，結合熱力學計算和實驗測試，較系統地研究了Fe-Mn-Al-C-N不銹鋼中化合物相的析出規(guī)律，熱力學參數和分布，利用酸浸實驗、鹽霧實驗和電化學實驗測試其耐蝕性能

3、并分析其耐蝕機理，并且測試其密度。研究結果如下：
　　冶煉后的Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼，無宏觀缺陷，含鋁15.97%、錳8.37%，成分差異的主要原因是熔煉時氮化錳鐵加入分解速度過快，導致鋼液沸騰漫出；
　　Fe-Mn-Al-C-N五元體系中，可能形成的化合物相種類繁復；XRD研究結果顯示Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼鑄態(tài)物相主要有：鐵素體、AlMn和FeAl金屬間化合物、Mn4N和AlN氮化物；利用已有液態(tài)鋼

4、液熱力學數據計算Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼熔點約1420℃，AlN較Fe3C在鋼液中優(yōu)先析出；利用Miedema模型和周國治模型計算固態(tài)Fe-Mn-Al-C-N五元系中FeAl和Mn4N生成溫度分別為1210℃和1072℃；Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼熱分析結果，1410℃是其熔化點，較前面計算1420℃相差不大；FeAl生成溫度是1260℃，與前面計算1210℃接近；1031℃是Mn4N生成溫度，與計算的1075℃接近；

5、實驗中由于缺少AlMn熱力學數據，沒有利用Miedema計算其析出溫度，但結合文獻分析AlMn的析出溫度為934℃；600℃為Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼奧氏體化溫度；
　　金相顯微鏡下觀察Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼鑄態(tài)組織發(fā)現：本次冶煉鋼種無宏觀缺陷；化合物相在基體上呈蠕蟲狀，并且主要在晶界處連網分布；結合掃描電子顯微鏡能譜分析，第二相中含有富錳相；結合文獻分析基體晶界處白亮的多邊形第二相為AlN，其他相分布暫時沒

6、有確定；
　　排水法測得Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼密度為6.91g/cm2，較3Cr13不銹鋼的密度7.82g/cm2降低了12%，密度有了很大的降低，用鋁代替鉻確實起到了輕量化的效果；
　　濃硝酸浸泡實驗，鹽霧實驗和極化曲線測試結果表明：Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼具有一定耐蝕性，但稍差于3Cr13不銹鋼，主要原因是Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼化合物相連網分布；Fe-Mn-Al-C-N輕質不銹鋼耐蝕性的