论文部分内容阅读
铁素体不锈钢由于仅含少量镍或不含镍,在镍资源越来越紧张的今天,正逐步替代奥氏体不锈钢,在汽车,家电等领域获得广泛应用,成为一种资源节约型的绿色环保不锈钢材料。但是与奥氏体不锈钢相比,铁素体不锈钢在力学,成形性,耐蚀,抗氧化等方面仍然存在一定的不足。近年来,随着不锈钢冶炼技术和精炼技术的发展和应用,使得铁素体不锈钢中的C,N等有害元素含量大幅降低,超纯铁素体不锈钢的耐蚀性能获得有效提高。研究发现,在钢液凝固过程中,Al不但能促进非均匀异质形核,提高等轴晶比例,降低板材各向异性,而且还能在热处理过程中细化晶粒,提高板材力学性能。更为重要的是,当Al达到一定含量时,可以在不锈钢表面形成一层致密的富Al2O3氧化膜,大幅提高不锈钢的抗高温氧化性能。本文主要研究了合金元素Al对超纯铁素体不锈钢的再结晶行为、成形性能和1000oC等温氧化行为的影响。通过采用金相显微镜、XRD衍射、SEM扫描电镜、TEM透射电镜、EBSD背散射衍射及Thermo-Calc热力学平衡相图计算等技术手段研究了微观组织结构的演变规律。主要结论如下:1)Al可以显著降低429超纯铁素体不锈钢的再结晶温度,冷轧退火后的平均晶粒大小随着Al含量的增加有少量增加,这主要是因为再结晶温度和夹杂物的面积分数的显著降低。室温拉伸抗拉强度和屈服强度随着Al含量的增加而线性提高,延伸率变化不大,但是塑性应变比先增加后减少,含0.16 wt.%Al样品呈现出最高的塑性应变比r=1.62。Al含量的增加可以显著改善429超纯铁素体不锈钢的高温拉伸和压缩力学性能。随着Al含量的提高,基体和晶界夹杂物类型从单相的TiN演变成复合MgO·Al2O3-TiN颗粒,并且夹杂物的平均大小有少量的增加而面积比例分数降低。Al含量的增加可以显著改善抗点蚀性能。2)冷轧和退火后429超纯铁素体不锈钢表层和中心层的织构从α+γ织构演变成完全的γ织构,并且0.16 wt.%Al的加入提高了(111)[-1-12]和(111)[-2-35]织构的强度,但是当Al含量进一步增加到1.51 wt.%时γ织构强度反而降低了。厚度方向的γ织构随着Al含量的增加,从(111)[1-21]转到(111)[3-52],且0.16 wt.%的Al可以显著提高γ织构的强度。不含Al样品冷轧退火后γ-织构在室温拉伸后消失了,而含0.16 wt.%Al样品中γ-织构仍然占主导,<111>//ND的最高强度为4.6。含1.51 wt.%Al样品室温拉伸后(111)[0-11]织构强度显著降低。含0.16 wt.%Al的429超纯铁素体不锈钢具有最强γ织构。3)429超纯铁素体不锈钢1000oC氧化增重曲线呈现典型的抛物线规律。氧化较短时间后,不含Al样品呈球状形貌的局部区域优先氧化,随着氧化时间的增加表面氧化膜扩展到整个样品表面且球状氧化产物长到一起,氧化产物顶端存在一些细小的孔洞。随着Al含量的增加,表面氧化膜形貌较为均匀,氧化产物呈颗粒状形貌。氧化膜呈现出多层结构,外层氧化膜富含Fe2O3和少量的Fe3O4,外层氧化膜下方有Cr2O3,中间层氧化膜富含Fe2O3和Cr2O3,内层氧化膜富含Fe3O4。随着Al含量的提高,氧化膜厚度减少,低Al含量样品高温抗氧化性能的改善主要依靠Cr2O3。当Al含量增加到1.51 wt.%时,氧化较短时间后样品表面出现了富Al2O3的氧化膜,随着氧化时间的增加,氧化膜厚度增加不显著。1.51 wt.%Al样品表层下形成的具有保护性的、均匀的、完整的、富Al2O3的氧化膜,显著提高429超纯铁素体不锈钢的高温抗氧化性能。