冷轧态高铝304、316L奥氏体不锈钢性能的研究及Al元素的作用机制

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随着工业技术的不断发展,传统不锈钢的综合性能已经不能满足社会的需求,高铝不锈钢应运而生。  本课题组前期利用真空电弧炉熔炼了不同铝含量的304、316L不锈钢,发现相比传统的不锈钢,具有更优良的耐腐蚀性,而力学性能也有明显的提高。为了能将此新型不锈钢工业化,利用中频感应炉在大气环境下熔炼了不同铝含量的高铝不锈钢,并对热轧板材的性能进行了研究,通过研究发现改性后的不锈钢具有优良的综合性能。  本文是在课题组前期研究的基础上,对性能优良的304、316L热轧板材在不同的温度下进行冷轧,研究轧制温度、变形量对合金的力学性能以及耐腐蚀性能的影响规律,得出以下结论:  (1)随着轧制温度的升高,含铝1%的冷轧态304不锈钢的抗拉强度和屈服基本不变,硬度和耐晶间腐蚀性能随着温度的升高而增大,合金在600℃时有最优良的性能;含铝1.5%的不锈钢的抗拉强度和屈服强度随着轧制温度的升高而不断增大,硬度先增大后减小,晶间腐蚀速率逐渐减小,合金在650℃的时候具有最好的综合性能。两个组分的合金都具有比较好的塑性,断裂方式均为韧性断裂。  (2)随着冷轧温度的升高,铝含量为1%的316L不锈钢屈服强度逐渐增大,抗拉强度先增大后减小,轧制温度对塑性没有明显的影响;含铝量为1.5%的合金的屈服强度和抗拉强度随轧制温度的升高而逐渐变小,两个组分的合金的硬度和耐晶间腐蚀性能逐渐增大。综合考虑含铝量为1%的合金在650℃、1.5%的合金在550℃的轧制温度下具有最优良的性能。  (3)轧制变形量对铝含量为1%的304不锈钢的硬度以及屈服强度没有明显的影响,抗拉强度随变形量的增大而减小,晶间腐蚀速率先减小后又增大,延伸率逐渐增大;含铝量为1.5%的合金随变形量的增大,硬度、屈服强度、抗拉强度基本保持一致,延伸率不断增大,晶间腐蚀速率先变小后又增大。变形量为50%的时候,两种合金具有较好的综合性能。  (4)随着轧制变形量的增大,含铝量为1%的316L不锈钢的屈服强度、抗拉强度、硬度都逐渐减小;铝含量为1.5%的合金的屈服强度和抗拉强度都是先减小后又增大,硬度不断减小。两个铝含量的合金的延伸率和晶间腐蚀速率随着轧制变形量的增大而提高,可知铝含量为1%、1.5%的合金分别在30%、70%的变形量下具有最优良的性能。  (5)在相同的轧制条件下,随着铝含量的增大,304不锈钢的强度显著提高,硬度明显增大,塑性有所降低,而且晶间腐蚀速率减小,耐腐蚀性能提高;316L不锈钢的强度随着铝含量的增大而提高,塑性变形能力降低,但是耐腐蚀性能随铝含量增大而降低。当铝含量增大到2%的时候,材料的强度和硬度显著提高,而塑性变形能力大幅度降低,在轧制过程中裂纹扩张比较明显,不能进行大变形量的冷轧。  (6)冷轧态的高铝304不锈钢和不加铝的合金相比,强度显著提高,耐腐蚀性能没有出现明显的下降,相比铸态、固溶态、热轧态的相同铝含量的合金抗拉强度得到显著提升,屈服强度和耐腐蚀性能基本保持一致,而且延伸率也明显提高;冷轧态的高铝316L不锈钢和不加铝的合金相比,强度提高,保持了原有的良好的塑性变形能力,但是耐腐蚀性能下降比较明显,和相同铝含量的铸态、固溶态以及热轧态的合金相比强度有所提升,延伸率大幅度得到提升,但是相比未经轧制过的合金耐腐蚀性能下降比较明显。
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