含氮低鎳經(jīng)濟型雙相不銹鋼2101組織與性能的研究.pdf

1、經(jīng)濟型雙相不銹鋼是一類含氮、低鎳、低鉬或不含鉬的資源節(jié)約型雙相不銹鋼。2101是經(jīng)濟型雙相不銹鋼中最典型的鋼種，其成分范圍：21.0-22.0％Cr，1.35-1.7％Ni，0.2-0.25％N，該雙相不銹鋼具有高強度，同時具有優(yōu)異的塑韌性和耐腐蝕性、特別是耐點蝕性能。本文在分析國內(nèi)外大量文獻資料和產(chǎn)品資料的基礎上，設計了多種成分接近2101的含氮低鎳雙相不銹鋼成分體系，其中部分成分避開Outokumpu公司的專利范圍，在此基礎上開展了

2、以下具體工作。
　　 利用Thermo-Calc軟件設計了不同Ni、N、Mo含量的Fe-(20～22)Cr-(1～10)Mn-(0～3)Ni-(0.1-0.3)N-(0～0.6)Mo-Si-Cu合金，實驗顯示通過調(diào)整N、Ni元素含量可以獲得兩相比例接近1∶1的雙相組織。實驗室真空感應熔煉N含量0.15～0.25％合金時出現(xiàn)大量氣孔，原因在于凝固初期組織為單相鐵素體，導致氮的溶解度降低，形成氣體逸出。通過控制澆注時壓力和澆注溫度，

3、并采用加厚金屬鑄型以加快冷卻速度，迅速通過氮溶解度極低的鐵素體單相區(qū)，有效避免了氣孔生成。
　　 分析了2101系雙相不銹鋼的組織和力學性能。分析發(fā)現(xiàn)2101系雙相不銹鋼的強度隨著氮含量的增加而增加，在氮含量高于0.12％時，強度高于400Mpa，是傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼AISI304的兩倍；同時2101系列合金具有優(yōu)良的塑性，其室溫延伸率高于43％。2101系雙相不銹鋼沖擊韌性受測試溫度，取樣方向，相比例(退火溫度)，相尺寸和元素含

4、量等因素的影響，其中相比例和元素含量是可控的關鍵因素。當Ni含量在1～3％變化時，L-T方向半樣室溫沖擊值在100J左右。隨著溫度的降低，含鎳量較高(2～3％)的合金可以維持沖擊值基本不變，直至-40℃左右；而含鎳1～2％合金沖擊值在-20℃以上基本不降低，無鎳或鎳含量低于1％時，沖擊值在室溫或0℃就開始出現(xiàn)顯著降低。
　　 時效后2101系雙相不銹鋼沖擊值降低，沖擊值隨時效溫度變化的最敏感溫度為700～750℃，在此溫度時效3

5、min后沖擊值就開始降低，15min時沖擊值減半，30min后沖擊值降低至35～40J，此后緩慢降低。通過OM，SEM，XRD和TEM等分析顯示2101系雙相不銹鋼析出物主要為hcp結構的Cr2N相，Cr2N相優(yōu)先在鐵素體晶界(亞晶界)、鐵素體晶內(nèi)和鐵素體/奧氏體相界面析出，典型形貌為盤片狀。N、Ni成分在一定范圍內(nèi)變化時對Cr2N相析出后沖擊值降低規(guī)律影響不顯著；Mo含量的增加促進Cr2N相析出溫度略有提高。
　　 通過浸泡失

6、重法和臨界點蝕溫度測定研究了2101系雙相不銹鋼的耐腐蝕性能。結果顯示2101系列合金的浸泡失重速率在1.9～7.0g/m2.h之間，與AISI304在同一數(shù)量級，其中2101-1、AISI304和LDX2101的腐蝕速率分別為3.44、3.63和3.45，說明三種合金的耐點蝕性能接近。同時2101-1和LDX2101的CPT均在15℃左右，而2101-4的CPT為20℃，其規(guī)律與浸泡失重相似。
　　 分析了2101系雙相不銹鋼

7、中影響耐腐蝕性的因素及機理。通過對兩相中元素分配系數(shù)的分析，確定了兩相各自的PREN值，發(fā)現(xiàn)當Cr、Mo、Mn等元素含量和退火溫度相對固定時，存在一個N含量的臨界點，當N含量低于這個臨界點時，鐵素體相耐點蝕性能優(yōu)于奧氏體相，此時鋼的耐點蝕性能主要取決于奧氏體相，因此當N含量在低于這個臨界點的范圍內(nèi)增加時，鋼的耐點蝕性能提高；而當N含量超過這個臨界點時，鋼的耐點蝕性能主要取決于鐵素體相，導致的結果是N含量的進一步提高對鐵素體相的提高很有限

8、，因此鋼的整體耐點蝕性能提高不顯著。相反地，如果此時提高Mo含量，由于Mo在鐵素體相中富集，因此鐵素體相的耐點蝕性能得到迅速提高，帶來的結果是鋼的整體耐點蝕性能顯著提高。利用Thermo-Calc軟件結果認為標準的2101雙相鋼在1050℃時兩相耐點蝕性相近的N含量臨界值在0.13～0.15左右。
　　 分析了夾雜物對點蝕的影響。分析發(fā)現(xiàn)，點蝕坑呈現(xiàn)典型的花瓣狀，對腐蝕產(chǎn)物的能譜分析顯示點蝕坑內(nèi)富含Al、O、Mn、S等元素，說明

9、夾雜物是點蝕重要的起源點，對耐點蝕性能存在不利影響。
　　 報告最后結合實驗室軋制和Gleeble3800熱模擬機，研究了2101系雙相不銹鋼的熱加工性能。結果發(fā)現(xiàn)鍛態(tài)2101系合金拉伸時熱塑性可以達到70％左右，且隨溫度升高而升高、隨鐵素體含量增加而升高、隨N含量降低而升高；壓縮過程中變形抗力略低于2205，變化規(guī)律與2205相似，即變形抗力隨軋制溫度升高而降低，隨著氮含量升高而增加。2101系雙相不銹鋼熱軋時易產(chǎn)生邊部裂紋，