论文部分内容阅读
不锈钢轻量化在车辆、船舶、潜艇和航空等领域有着巨大的应用前景,传统的铬不锈钢不能完全满足现在交通工具发展需要。目前正研究的Fe-Mn-Al系轻质不锈钢因耐蚀性较传统铬不锈钢差,机械性能也没充分发挥,还未能走向实用,廉价的合金元素氮能同时提高钢的耐蚀性和强度、硬度、耐磨性等机械性能,但目前有关含氮轻质不锈钢的研究和应用不多。另外,Fe-Mn-Al-C-N轻质不锈钢中化合物相种类繁多,目前有关这类钢中化合物相的种类和析出规律还不清楚,研究其化合物相析出规律显得尤为必要。本文在文献分析的基础上,根据理论计算和前人研究设计出了一种Fe-9%Mn-15%Al-0.65%C-0.2%N轻质不锈钢;用25KG感应炉冶炼制备出了19KG Fe-8.37%Mn-15.97%Al-0.65%C-0.2%N轻质不锈钢钢锭,结合热力学计算和实验测试,较系统地研究了Fe-Mn-Al-C-N不锈钢中化合物相的析出规律,热力学参数和分布,利用酸浸实验、盐雾实验和电化学实验测试其耐蚀性能并分析其耐蚀机理,并且测试其密度。研究结果如下:冶炼后的Fe-Mn-Al-C-N轻质不锈钢,无宏观缺陷,含铝15.97%、锰8.37%,成分差异的主要原因是熔炼时氮化锰铁加入分解速度过快,导致钢液沸腾漫出;Fe-Mn-Al-C-N五元体系中,可能形成的化合物相种类繁复;XRD研究结果显示Fe-Mn-Al-C-N轻质不锈钢铸态物相主要有:铁素体、AlMn和Fe Al金属间化合物、Mn4N和AlN氮化物;利用已有液态钢液热力学数据计算Fe-Mn-Al-C-N轻质不锈钢熔点约1420℃,AlN较Fe3C在钢液中优先析出;利用Miedema模型和周国治模型计算固态Fe-Mn-Al-C-N五元系中Fe Al和Mn4N生成温度分别为1210℃和1072℃;Fe-Mn-Al-C-N轻质不锈钢热分析结果,1410℃是其熔化点,较前面计算1420℃相差不大;Fe Al生成温度是1260℃,与前面计算1210℃接近;1031℃是Mn4N生成温度,与计算的1075℃接近;实验中由于缺少AlMn热力学数据,没有利用Miedema计算其析出温度,但结合文献分析AlMn的析出温度为934℃;600℃为Fe-Mn-Al-C-N轻质不锈钢奥氏体化温度;金相显微镜下观察Fe-Mn-Al-C-N轻质不锈钢铸态组织发现:本次冶炼钢种无宏观缺陷;化合物相在基体上呈蠕虫状,并且主要在晶界处连网分布;结合扫描电子显微镜能谱分析,第二相中含有富锰相;结合文献分析基体晶界处白亮的多边形第二相为AlN,其他相分布暂时没有确定;排水法测得Fe-Mn-Al-C-N轻质不锈钢密度为6.91g/cm2,较3Cr13不锈钢的密度7.82g/cm2降低了12%,密度有了很大的降低,用铝代替铬确实起到了轻量化的效果;浓硝酸浸泡实验,盐雾实验和极化曲线测试结果表明:Fe-Mn-Al-C-N轻质不锈钢具有一定耐蚀性,但稍差于3Cr13不锈钢,主要原因是Fe-Mn-Al-C-N轻质不锈钢化合物相连网分布;Fe-Mn-Al-C-N轻质不锈钢耐蚀性的提高主要依赖Al形成致密氧化膜和N形成铵根钝化钢表面;但是由于含铝金属间化合物形成导致第二相与基体形成原电池,Al失去电子溶于溶液加速钢腐蚀速度,Al失去原有形成致密氧化膜的作用;要提高钢的耐蚀性能,必须减少钢中化合物相的量,控制其形态和尺寸,防止其连网析出。