微納結(jié)構(gòu)316L不銹鋼的制備及其組織和性能.pdf

1、316L不銹鋼是一種能適應(yīng)于諸多環(huán)境的奧氏體不銹鋼鋼種。因其優(yōu)良的耐蝕性，可加工性和良好的焊接性能在石化、海洋、造紙等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。但由于其具有面心立方結(jié)構(gòu)和碳含量低的特點，316L不銹鋼的強度和硬度較低，因而限制了其在更多重要的領(lǐng)域的應(yīng)用。為提高316L不銹鋼的強度，同時保證其良好的塑性，本課題通過鋁熱反應(yīng)法制備得到了微納結(jié)構(gòu)316L不銹鋼。但由于鋁熱反應(yīng)未完全，少量剩余的鋁元素熔進了不銹鋼中，使得不銹鋼中出現(xiàn)了鐵素體組織。本

2、課題研究：為消除不銹鋼中的鐵素體組織，往反應(yīng)物料中添加不同過量比例的氧化鐵使鋁粉能充分反應(yīng)，研究其對制得的316L不銹鋼組織、成分和微納結(jié)構(gòu)的影響，并探究了軋制和退火對微納組織結(jié)構(gòu)、耐蝕性和力學(xué)性能的影響規(guī)律，為其實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)奠定理論和實驗基礎(chǔ)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴反應(yīng)物料中過量的Fe2O3能降低鋁熱法制得的不銹鋼中的鋁含量。當(dāng)Fe2O3過量2.5%時，不銹鋼中的鋁含量降低為1.74%，鐵素體含量降至4.1%；當(dāng)Fe2O

3、3過量5%時，鋼中的鋁含量為1.3%，且鐵素體消失。當(dāng)Fe2O3過量7.5%時，鋼中的鋁含量降為0.99%，鐵素體仍然沒有，但是出現(xiàn)了較多的FeCrMo金屬間化合物相。故Fe2O3過量5%為鋁熱法制備全奧氏體316L不銹鋼的最佳制備參數(shù)。通過TEM表征其微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)不同F(xiàn)e2O3過量比例制得的316L不銹鋼都仍然具有微納結(jié)構(gòu)。⑵為優(yōu)化制得的316L不銹鋼的微納結(jié)構(gòu)，本課題對其采用了800℃-40%+600℃-80%的軋制處理。將軋制后的

4、不銹鋼進行組織結(jié)構(gòu)和各項性能的表征，得到如下結(jié)果：軋制后，不銹鋼中出現(xiàn)了體積分?jǐn)?shù)為8.4%鐵素體，此為應(yīng)變誘導(dǎo)奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的結(jié)果。且晶粒有了一定幅度增長：平均尺寸由鑄態(tài)時的23nm增長到軋制后的47nm。納米晶和微米晶體積分?jǐn)?shù)的比例也得到了改善：微米晶體積分?jǐn)?shù)由鑄態(tài)8.9%的增長至軋制后的15.6%。相比軋制前的不銹鋼，軋制后其強度得到大幅提升，屈服強度從207MPa提升至1007MPa，增幅約為400%；抗拉強度由376MPa提

5、升至1030MPa，增幅為174%。但軋制后不銹鋼的塑形卻降至2.4%，對此將采用高溫退火提升其塑性。另外，用電化學(xué)工作站對軋制前后兩種狀態(tài)下不銹鋼的耐蝕性進行了表征，腐蝕介質(zhì)為0.5M H2SO4溶液，表征形式有開位電路、動電位極化曲線和電化學(xué)阻抗譜。表征結(jié)果顯示：軋制后不銹鋼的耐蝕性優(yōu)于軋制前，說明軋制處理提升了不銹鋼的耐腐性能。⑶為進一步優(yōu)化微納結(jié)構(gòu)316L不銹鋼的力學(xué)性能和其在高溫下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對軋制后的微納結(jié)構(gòu)316L不銹鋼

6、在800℃下分別進行20min、40min、60min和80min的退火處理。對其組織結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)：退火20min后，不銹鋼中的鐵素體的體積分?jǐn)?shù)由8.4%降至3.6%，平均晶粒尺寸由47nm增長至57nm，且仍然保留了其微納結(jié)構(gòu)。隨后，隨著退火時間的延長，鐵素體體積分?jǐn)?shù)又呈現(xiàn)上升趨勢。退火80min后，不銹鋼內(nèi)的鐵素體為6.9%。晶粒尺寸方面，隨著退火時間的延長，晶粒快速長大。在退火40min后，不銹鋼的平均晶粒尺寸為107nm，已屬于

7、亞微米晶范疇。說明不銹鋼退火超過40min后，其微納結(jié)構(gòu)消失。隨后又對800℃退火后的316L不銹鋼進行了拉伸試驗，得到了其強度和塑性的參數(shù)。拉伸結(jié)果顯示：退火20min后，不銹鋼的屈服強度及抗拉強度分布為464MPa和770MPa，相比軋制后的不銹鋼其強度有一定程度的下降，但其塑性有很大的提升：由軋制態(tài)的2.4%上升至21.5%，大大提升了其綜合力學(xué)性能。但隨著退火時間的延長，強度呈微小下降趨勢，延伸率有較大幅度的增長，最終延伸率達3