含氮低镍经济型双相不锈钢2101组织和性能的研究

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1、搏士后出站报告：含氮低镍经济型双相不锈钢2101组织与性能的研究摘要经济型双相不锈钢是一类含氮、低镍、低钼或不含钼的资源节约型双相不锈钢。2101是经济型双相不锈钢中最典型的钢种，其成分范围：21．0．22．0％Cr，1．35．1．7％Ni，0．2．0．25％N，该双相不锈钢具有高强度，同时具有优异的塑韧性和耐腐蚀性、特别是耐点蚀性能。本文在分析国内外大量文献资料和产品资料的基础上，设计了多种成分接近2101的含氮低镍双相不锈钢成分体系，其中部分成分避开Outokumpu公司的专利范围，在此基础上开展了以下具体工作。利用Thermo．Calc软件设计了不同Ni、N、

2、Mo含量的Fe．(20"～22)Cr-(1～10)Mn．(0"--3)Ni一(O．1-0．3)N．(o--一o．6)Mo．Si．Cu合金，实验显示通过调整N、Ni元素含量可以获得两相比例接近1：1的双相组织。实验室真空感应熔炼N含量O．15～O．25％合金对出现大量气孔，原因在于凝固初期组织为单相铁素体，导致氮的溶解度降低，形成气体逸出。通过控制浇注时压力和浇注温度，并采用加厚金属铸型以加快冷却速度，迅速通过氮溶解度极低的铁素体单相区，有效避免了气孔生成。分析了2101系双相不锈钢的组织和力学性能。分析发现2101系双相不锈钢的强度随着氮含量的增加而增加，在氮含量高

3、于0．12％时，强度高于400Mpa，是传统奥氏体不锈钢AISI304的两倍；同时2101系列合金具有优良的塑性，其室温延伸率高于43％。2101系双相不锈钢冲击韧性受测试温度，取样方向，相比例(退火温度)，相尺寸和元素含量等因素的影响，其中相比例和元素含量是可控的关键因素。当Ni含量在l～3％变化时，L．T方向半样室温冲击值在100J左右。随着温度的降低，含镍量较高(2"---3％)的合金可以维持冲击值基本不变，直至．40"C左右；而含镍1"--'2％合金冲击值在．20℃以上基本不降低，无镍或镍含量低于1％时，冲击值在室温或0℃就开始出现显著降低。时效后2101系

4、双相不锈钢冲击值降低，冲击值随时效温度变化的最敏感温度为700一--7509C，在此温度时效3min后冲击值就开始降低，15min时冲击值减半，30min后冲击值降低至35"-40J，此后缓慢降低。通过OM，SEM，XRD和TEM等分析显示2101系双相不锈钢析出物主要为hey结构的Cr2N相，Cr2N相优先在铁素体晶界(亚晶界)、铁素体晶内和铁素体／奥氏体相界面析出，典型形貌为盘片状。N、Ni成分在一定范围内变化时对Cr2N相析出后冲击值降低规律影响不显著；Mo含量的增加促进Cr2N相析出温度略有提高。通过浸泡失重法和临界点蚀温度测定研究了2101系双相不锈钢的耐

5、腐蚀性能。结果显示2101系列合金的浸泡失重速率在I．9～7．0g／m2．h之间，与AISI304在同一数量级，其中2101．1、AISI304和LDX2101的腐蚀速率分别为3．44、3．63博士后出站报告：含氮低镍经济型双相不锈钢2101组织与性能的研究和3．45，说明三种合金的耐点蚀性能接近。同时2101．1和LDX2101的CPT均在15℃左右，而2101．4的CPT为20℃，其规律与浸泡失重相似。分析了2101系双相不锈钢中影响耐腐蚀性的因素及机理。通过对两相中元素分配系数的分析，确定了两相各自的PREN值，发现当Cr、Mo、Mrt等元素含量和退火温度相对

6、固定时，存在一个N含量的临界点，当N含量低于这个临界点时，铁素体相耐点蚀性能优于奥氏体相，此时钢的耐点蚀性能主要取决于奥氏体相，因此当N含量在低于这个临界点的范围内增加时，钢的耐点蚀性能提高；而当N含量超过这个临界点时，钢的耐点蚀性能主要取决于铁素体相，导致的结果是N含量的进一步提高对铁素体相的提高很有限，因此钢的整体耐点蚀性能提高不显著。相反地，如果此时提高Mo含量，由于Mo在铁素体相中富集，因此铁素体相的耐点蚀性能得到迅速提高，带来的结果是钢的整体耐点蚀性能显著提高。利用Thermo．Calc软件结果认为标准的2101双相钢在1050℃时两相耐点蚀性相近的N含量

7、临界值在O．13一,0．15左右。分析了夹杂物对点蚀的影响。分析发现，点蚀坑呈现典型的花瓣状，对腐蚀产物的能谱分析显示点蚀坑内富含Al、O、Mn、S等元素，说明夹杂物是点蚀重要的起源点，对耐点蚀性能存在不利影响。报告最后结合实验室轧制和Gleeble3800热模拟机，研究了2101系双相不锈钢的热加工性能。结果发现锻态2101系合金拉伸时热塑性可以达到70％左右，且随温度升高而升高、随铁素体含量增加而升高、随N含量降低而升高；压缩过程中变形抗力略低于2205，变化规律与2205相似，即变形抗力随轧制温度升高而降低，随着氮含量升高而增加。2101系双相不锈钢热轧时