（材料加工工程专业论文）铌钛复会超纯430铁素体不锈钢的工艺研究.pdf

01 ：ss q 上 j1 蠡了，：瞳盏缓譬墨蟹噩謦黑妪， at h e s i si nn e wm a t e r i a l sp r o c e s s i n g 删 fy 18 4 w 科。 r e s e a r c ho f m i c r o a l l o y i n g n ba n dt i i nu l t r a - p u r i t y4 3 0f e r r i t i cs t a i n l e s ss t e e l b yd uw e i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl i uz h e n y u p r o f e s s o rj i a n gl a i z h u n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y f e b r u a r y2 0 0 8 婚，嘏扩： 年， 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 、 0 摘要 工艺研究 我国不锈钢产品结构中含镍奥氏体不锈钢比例很高，严重的镍资源紧缺制约 着我国不锈钢的生产与应用，调整我国不锈钢产品结构，推广使用高性能铁素体 不锈钢已成为我国经济可持续发展过程中必须解决的问题。日本、韩国的铁素体 不锈钢生产比例目前已达到4 0 。专家预测，2 0 1 2 年日本的铁素体不锈钢生产比 例将达到7 0 。本文以超纯4 3 0 不锈钢为基础，研究了铌钛添加量对凝固组织等 轴晶比例的影响，选取典型钢种进行了轧制实验，优化各个工序流程，得到最佳 的成型性能，并对整个工序过程的织构演变进行了分析。论文主要包括： ( 1 ) 本实验所有成分钢为纯铁素体组织，高温不存在双相区。随着钢中铌、钛 和碳含量的增加，凝固组织的等轴晶比例逐渐增大。t h e r m o t a l c 软件计算，液 相中开始析出t i n ，其析出量决定了最终等轴晶的比例，并通过固溶度积判定了 第二相的析出顺序。s e m 分析发现晶内和晶界存在规则形状的金黄色析出物 t i n ，析出尺寸约3 9 m 。 ( 2 ) 选取3 号( n b = 0 2 9 ，t i = 0 0 9 ) 和4 号( n b = 0 4 0 ，t i = 0 0 7 ) 为试验钢， 变化热轧终轧温度( 9 4 0 和8 9 0 ) ，研究最终冷轧板的成型性能。3 号钢的平 均塑性应变比要好于4 号钢；终轧温度为9 4 0 的钢平均塑性应变比要好于终轧 温度为8 9 0 的钢；不同冷轧压下率表明，压下率为8 0 时，平均塑性应变比达 到最大1 4 6 ，各向异性较小( 严0 1 4 ) ，杯突值9 8 m m ，极限深冲比2 1 。 ( 3 ) 针对试验钢采用罩式退火不能完全再结晶，通过连续退火确立了最佳工艺 制度：在3 号钢中，终轧温度9 4 0 。c 的热连退制度为1 0 5 0 、保温6 m i n ，终轧 温度8 9 0 的热连退制度为1 0 0 0 、保温9 m i n ；4 号钢为1 0 5 0 、保温6 r a i n 。 ( 4 ) 对热轧终轧温度为9 4 0 的3 号钢热轧、热轧罩退、冷轧和冷轧退火的各个 工序进行织构检测，热轧和冷轧后形成强烈的0 【纤维织构，热轧罩式退火后a 织构强度略微降低；经冷轧退火后形成典型的( 3 3 4 ) 4 83 1 型织构。 ( 5 ) 对终轧温度为9 4 0 的3 号钢的热轧连续退火过程进行了织构检测，发现退 火温度为9 5 0 c 时，热轧后形成的强烈俚纤维织构强度没有下降，而后随着退火 温度的升高和时间的延长，0 【织构逐渐减弱，当退火温度为1 0 5 0 时退火完全， 其a 织构强度远远低于罩式退火后a 织构的强度，并有一定强度的y 织构出现。 关键字：4 3 0 铁素体不锈钢；铌钛双稳定；凝固组织；织构；成型性；析出物； 终轧温度；轧制 lrl 东北大学硕士学位论文 h b s t r h i i?4二：，蔫p， a b st r a c t n ba n dt ii n a i n l e s ss t e e l s + a tt h e p r e s e n tt i m ei nc h i n a , t h ep r o p o r t i o ni sq u i t eh i 曲f o rn ic o n t a i n i n g a u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l si na l ls t a i n l e s ss t e e lp r o d u c t s h o w e v e r ，c h i n ai sac o u n t r y l a c k i n go fn ir e s o u r c e s ，w h i c hi sc a u s i n gs e r i o u sp r o b l e m st ot h ep r o d u c t i o na n d a p p l i c a t i o no fs t a i n l e s ss t e e l s t h e r e f o r e ，t h ep r o d u c t i o np o l i c ym u s tb ea d j u s t e dt o d e v e l o ph i g hp e r f o r m a n c ef e r r i t i cs t a i n l e s ss t e e l si no r d e rt os u p p o r tt h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m y c u r r e n t l y ，t h ep r o p o r t i o no ff e r r i t i cs t a i n l e s ss t e e la r e a c c o u n t i n gf o ra sm u c ha s4 0 i nj a p a na n dk o r e a a sp r e v i e w e db ys p e c i a l i s t so f j a p a n , t h ep r o p o r t i o no ff e r r i t i cs t a i n l e s ss t e e lw i l ls u r p a s s7 0 o f a l ls t a i n l e s ss t e e l p r o d u c t si n2 0 1 2 t h i sp a p e r ，b a s e do nu l t r a - p u r i f i e df e r r i t i cs t a i n l e s ss t e e l ，m a i n l yi n v e s t i g a t e dt h e e f f e c to f m i c r o a l l o y i n gn ba n dt io nt h ep r o p o r t i o no fe q u i a x e dg r a i ni ns o l i d i f i c a t i o n i na d d i t i o n , t h et y p i c a ls t e e l sw e r ec h o s e nt ot a k et h er o l l i n ge x p e r i m e n t ，a n dt h e n , t h e e x c e l l e n tf o r m a b i l i 够p e r f o r m a n c e sw e r eo b t a i n e db yo p t i m i z i n ga l lp r o c e d u r e t h e t e x t u r ee v o l u t i o nw a sa n a l y s i s e db yx r di na l lp r o c e d u r e ( 1 ) i na l li n v e s t i g a t e ds t e e l st h em i c r o s t r u c t u r ei ss i n g l ef e r r i t ep h a s ed u r i n gh i 曲 t e m p e r a t u r er e g i o na f t e rs o l i d i f i c a t i o n t h ei n c r e a s ei nc o n t e n to fc a r b o n ，t i t a n i u ma n d n i o b i u mw o u l dl e a dt ot h ei n c r e a s ei nt h ee q u i a x e dg r a i np r o p o r t i o nf o rt h e e x p e r i m e n t a lh e a t s t i np r e c i p i t a t e di nl i q u i ds t e e lc o u l da c tt h ei n h o m o g e n e o u s n u c l e u sf o rt h es u b s e q u e n ts o l i d i f i c a t i o no ft h ee q u i a x e dg r a i n s t h ef i n a le q u i a x e d g r a i np r o p o r t i o nw a sd e t e r m i n e dc o m p l e t e l yb yt h ec o n t e n to fp r e c i p i t a t i o nt i n t h e p r e c i p i t a t i o nb e h a v i o rf o rt h es e c o n dp h a s e si sm a i n l yd e p e n d e n to nt h e i rs o l i d s o l u b i l i t yp r o d u c ti ns t e e l i na d d i t i o n ，t i t a n i u mn i t r i d ep a r t i c l e sw e r eo b s e r v e di n b o t hs t e e l s 谢t ht h es i z eo fa r o u n d3 1 t ma tg r a i nb o u n d a r yo rw i t h i ng r a i n sb yt h e a n a l y s i so f s e m ， ( 2 ) t h es t e e ln o 3 ( n b = 0 2 9 ，t i = 0 0 9 ) a n dn o 4 ( n b = 0 4 0 ，t i = 0 0 7 ) w e r ec h o s e nt oi n v e s t i g a t e dt h em e c h a n i c a lp e r f o r m a n c ei na l lt h ep r o c e d u r eb yt h e c h a n g eo ff i n i s h i n gt e m p e r a t u r e t h et e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tr - v a l u eo fn o 3w a s h i g h e rt h a nt h a to fn o 4 i nf o r m a b i l i t yo ff i n i s h e dp r o d u c ts h e e t s ，a n dr - v a l u e i i i qj工 东北大学硕士学位论文a b s t l a c t o b t a i n e di ns t e e lt a k i n gt h ef i n i s ht e m p e r a t u r e9 4 0 。cw a sh i g h e rt h a ni ns t e e lt a k i n g t h ef i n i s h i n gt e m p e r a t u r e8 9 0 m o r e o v e r , i tc o u l db ec o n c l u d e dt h a tw h e nc o l d b a n dw a sc o l dr o l l e d 谢n lat h i c k n e s sr e d u c t i o no f8 0 ，t h ea v e r a g er - v a l u ew a s n o t a b l yh i g h e s t ，7 = 1 4 6 t h ep l a s t i ca n i s o t r o p yo fas h e e ti sj u d g e do f 缸， a r = - 0 14 f u r t h e r m o r e ，i e v a l u ew a sm e a s u r e dt oa r r i v e9 8 m m ，a n dl d r - v a l u ew a s 2 1 ( 3 ) w h i l ec o m p l e t er e c r y s t a l l i z a t i o ns t r u c t u r ec a n n o tb eo b t a i n e db yb o x a n n e a l i n g ， t h eb e s ts y s t e mw a se s t a b l i s h e db yt h ec o n t i n u o u sa n n e a l i n g i ns t e e ln o 3 ，i tw a s c o n t i n u o u s a n n e a l i n g f o r6m i na t1 0 5 0 。c w h e n t a k i n gf i n i s h i n gt e m p e r a t u r e 9 4 0 a n df o r9m i na t10 0 0 w h e nt a k i n g8 9 0 i na d d i t i o n b o t hs t e e l sw e r e r e c r y s t a u i z a t i o na n n e a l e df o r6m i na t10 5 0 ci ns t e e ln o 4 ( 4 ) t h et e x t u r e ，d u r i n gt h eh o tr o l l i n g ，b o xa n n e a l i n g ，c o l dr o l l i n ga n dc o n t i n u o u s a n n e a l i n g ，w a sd e t e r m i n e db ym e a n so fx - r a yt e x t u r ea n a l y s i s i tm a i n l yc o n s i s t e do f t h ea - f i b e ro r i e n t a t i o n sw i t hf a i r l yi n t e n s i t yd i s t r i b u t i o na l o n gt h ef i b e ra f t e rh o t r o l l i n go rc o l dr o l l i n g b e s i d e s ，t h ei n t e n s i t yo fa - f b e ri sn o tw e a ke v i d e n t l ya f t e r b o xa n n e a l i n g n o t et h a tt h et e x t u r em a x i m u mi sa p p r e c i a b l ys h i f t e db ya b o u t8 。 f r o m 1 h o n t h e 7 - f i b e r t o a n o r i e n t a t i o n w i t h 3 3 4 ( 5 ) t h et e x t u r e ，f o rt h ef i n i s h i n gt e m p e r a t u r e9 4 0 c ，w a si n v e s t i g a t e dd u r i n gt h e c o u r s eo fh o t - r o l l i n gc o n t i n u o u sa n n e a l i n g w h i l et h er e c r y s t a u i z a t i o nt e m p e r a t u r e w a s9 5 0 。c ，t h es t r o n g 包一f i b e rt u r n e do u tt or e m a i nv e r ys t a b l e ，a n dt h e n , i tg r e ww e a k w i t ht h ea n n e a l i n gt e m p e r a t u r ei n c r e a s i n ga n dt h et i m ee x t e n d i n g t h ei n t e n s i t yo f a - f i b e rw a sw e a k e s tw h e nt e m p e r a t u r e g o t 10 5 0 。c ，w h i c hm e a n e dt h a t r e c r y s t a l l i z a t i o nw a ss u f f i c i e n t i na d d i t i o n ，1 , - f i b e rw a sf o u n da f t e rf u l la n n e a l i n gi n s t e e l k e yw o r d s ：4 3 0f e r r i t i cs t a i n l e s ss t e e l ，m i c r o a l l o y i n gn ba n dt i ，s o l i d i f i c a t i o n s t r u c t u r e ，t e x t u r e ，f o r m a b i l i t y , p r e c i p i t a t i o n , f m i s h i n gt e m p e r a t u r e ， r o l l i n g i v ，1 t 1 - 一：kl霄 t i o l 弓 _ i 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明i 摘要i i a bs t r a c t i 第1 章绪论l 1 1 铁素体不锈钢的发展：。1 1 1 1 传统铁素体不锈钢概述：1 1 1 2 现代铁素体不锈钢的发展2 1 2 铁素体不锈钢中稳定化元素的作用= ：4 1 2 1 钛5 1 2 2 铌；：6 1 2 3 铌钛双稳定6 1 3 影响铁素体不锈钢成型性的因素：7 1 3 1 合金元素的作用“。8 1 3 2 凝固组织的作用9 + 1 3 3 热轧及热轧退火的影响1 1 ，1 3 4 冷轧及冷轧退火的影响。1 3 1 4 本课题的研究背景和内容_ 。1 4 1 4 1 研究背景。1 4 1 4 2 本文研究内容1 5 第2 章铌钛合金化对4 3 0 不锈钢凝固组织及析出物的影响 规律1 6 2 1 实验材料和方法；：1 6 2 2 实验结果与讨论1 7 2 2 1 铸锭的凝固组缌：1 7 2 2 2 柱状晶和等轴晶的成分1 9 2 2 3t h e r m o c a l c 计算析出相2 0 东北大学硕士学位论文目录 2 2 4s e m 分析析出相成分2 1 2 3 小结2 2 第3 章轧制和热处理工艺对成品板成型性的影响及机理研 究2 ：i 2 4 3 1 实验材料和方案：。2 4 3 1 1 化学成分2 4 3 1 2 实验方案。2 4 3 1 3 实验方法2 6 3 2 实验结果与讨论o ：2 7 3 2 1 热轧态试样的金相组织2 7 3 2 2 热轧罩式退火及力学性能比较2 9 。3 2 3 冷轧及冷轧退火。3 2 ，3 2 4 织构的演变3 9 ， 3 3 小结。- 4 1 第4 章热轧退火制度的优化及退火过程中织构的演变规律 ， l ：； 4 1 实验材料及方法：4 3 4 2 试验结果与分析：j 4 3 4 2 1 连续退火工艺制度的确定4 3 4 2 2 热轧连续退火中织构的演变o 。5 0 4 3 小结。5 2 第5 章结论5 4 参考文献j 。5 5 致谢：j ：5 9 攻读学位期间发表的文章6 0 i i ， 隹u 0 i 。 毒 第1 章绪论 铁素体不锈钢是经济型不锈钢，日本、韩国的铁素体不锈钢生产比例目前已 超过了3 0 ，甚至达到4 0 。由于镍资源成本飞速增长，日本j f e 公司在2 0 0 4 年停止生产镍系奥氏体不锈钢，集中精力扩大铬系铁素体不锈钢的生产。日本专 家预测，2 0 1 2 年日本的铁素体不锈钢生产比例将达到7 0 。宝钢股份不锈钢分 公司2 0 0 5 年铁素体不锈钢生产比例达到3 5 ，2 0 0 7 年达到4 2 ，计划在2 0 1 0 左右达到5 0 。国内不锈钢专家分析，奥氏体不锈钢中有4 0 5 0 可用价廉物 美的铁素体不锈钢所取代【”】。显然，铁素体不锈钢的发展前景非常广阔。 1 1 1 传统铁素体不锈钢概述 铁素体不锈钢是指铬含量在11o 旷3 0 ，在通常温度范围内热处理后具有体 心立方晶体结构，使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。铁素体不锈钢不含镍 或者仅含少量的镍，因而是一种节镍、低成本，很有发展前景的不锈钢。 耐氯化物应力腐蚀、耐点蚀、耐缝隙腐蚀等局部腐蚀性能优良，是此类钢耐 蚀性方面的主要特点，在许多腐蚀环境中，耐蚀性还与相同铬量的铬镍奥氏体不 锈钢相当。另外，它的屈服强度高，冷加工硬化倾向低，易于旋压、冷墩和切削； 导热系数高，约为铬镍奥氏体不锈钢的1 3 0 1 5 0 ，非常适用于热交换的用途； 线膨胀系数较低，仅为铬镍奥氏体不锈钢的6 0 7 0 ，适用于有热胀、冷缩， 有热循环的使用条件；对应力腐蚀不敏感【3 】。 在具有上述优点的同时，传统铁素体不锈钢也存在各种脆性等缺点，如表 1 1 所示。这些缺点长期影响着铁素体不锈钢的生产和市场应用。铁素体不锈钢 的室温、低温韧性差、缺口敏感性高、对晶间腐蚀比较敏感，而且这些缺点随着 铁素体不锈钢截面尺寸的增加、冷却速度的变慢和焊接时的热影响而变得更加明 显【4 】。另外，它的耐高温氧化性、耐高温疲劳性、耐高温腐蚀性等也尚需进一步 提高。铁素体不锈钢性能上的几乎所有缺点( 如脆性转变温度高，缺口敏感性大， 焊后耐蚀性下降等) 都与c 、n 含量密切相关。这是由于c 和n 在铁素体组织 中的溶解度较低( 9 2 7 时铁素体中的含氮量仅为0 0 2 3 ，含碳量为0 0 0 4 ) ， 因而在高温加热后的冷却过程中会有碳、氮化物的析出，它们对铁素体不锈钢的 韧性有不良影响。 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 表1 1 传统铁素体不锈钢的缺点、成因及防止措施【5 1 t a b l e1 1d e f e c t , c a u s ea n ds o l u t i o nm e a s u r eo fc o n v e n t i o n a lf e r r i t i cs t a i n l e s ss t e e l 1 1 2 现代铁素体不锈钢的发展，r ，。i ： 7 针对传统铁素体不锈钢的的缺点，国内外采取的冶金供应措施主要是：( 1 ) 降低钢中碳、氮等的含量，提高钢的纯净度。a o d 、v o d 等精炼技术的发展使 大规模生产超低碳、氮不锈钢( 【c 】+ d 川5 1 5 0 p p m ) 成为了可能。( 2 ) 添加n 和n b 等稳定碳氮的元素。这些元素能强烈形成碳、氮化物，既可防止贫铬区的形成， 又可细化晶粒和组织，从而提高钢的韧性。微合金化和超纯净冶炼技术，就是现 代铁素体不锈钢的主要特点。现代铁素体不锈钢已广泛应用于厨房设备、家用电 器、建筑装饰、交通运输、环保、市政建设等几乎所有与人们生活密切相关的各 个领域，在汽车、厨房设备中，其产量与消费量还有超过铬镍奥氏体不锈钢的趋 势。图1 1 所示为现代中铬铁素体不锈钢的发展简图【5 】。 ( 1 ) 超级铁素体不锈钢。 在海水等苛刻介质中的研究表明，当钢中c r + 3 3 m 0 2 3 5 ，铁素体不锈钢才具 有优良的耐点蚀，耐缝隙腐蚀的性能。据此开发的超级铁素体不锈钢系指钢中点 蚀系数c r + 3 3 m o - 2 _ 3 5 的那些牌号1 5 。 r ：。4 ( 2 ) 超高纯铁素体不锈钢 二 为了使铁素体不锈钢不产生晶间腐蚀，要求【c 】+ 咖5 1 5 0 p p m ，有的钢种甚至 要求小于1 0 0 p p m ，这类钢也叫超纯铁素体不锈钢。随着碳、氮的质量分数的降 低，不锈钢的韧脆转变温度下降，改善了钢的冲击韧性【8 ，9 】。表1 2 为国内超纯 铁素体不锈钢的开发情况。 2 i j 0 。 。 “九五”期间太原钢铁集团公司a o d 炉 ，4 0 9 l ( 0 0 c r l 2 t i ) 2 0 0 5 年 宝钢不锈钢分公司真空感应炉4 0 9 型 叩争 宝幸岁，声 9 声 嚣，_ l c n i t ， l 图1 1c r l 7 型铁素体不锈钢发展简图 f i g1 1d e v e l o p m e n td i a g r a mf o rc r l7 f e r r i t i es t a i n l e s ss t e e l 日本各大钢铁公司自7 0 年代中期采用大型a o d 和v o d 精炼设备，在工业 规模上以很低的成本大批量生产一系列低 c + n 】，多种牌号超纯铁素体不锈钢， 至今已有十多年的历史，工艺流程日趋完善，精炼技术日益成熟，所生产的各种 牌号超纯铁素体不锈钢，在许多方面的应用领域已逐步取代了奥氏体不锈钢。 3 巍 丫甲甲 葶牵一 。；西 杏 由 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 ： 初，日本川崎千叶厂开发生产超纯铁素体钢走在世界前列。上世纪九十年代 川崎开发生产的超纯c r 3 0 m 0 2 钢似s s4 4 7 m 1 ) ，川崎命名为r 3 0 2 ，成功应用于 大型沿海关西国际机场的9 0 0 0 0 m 2 屋顶。据川崎试验检测，这一钢种的抗腐蚀性 能已超过3 0 4 达到3 1 6 钢的水平。川崎使用其s s - v o d 炉成功将钢液的 c 】和 r q 含量脱至3 0 - - 4 0 p p m 。日本上世纪9 0 年代又开发了温水器用超纯铁素体不锈钢， 目前已经将许多实际应用的超纯铁素体不锈钢列入j i s 中。超纯铁素体不锈钢的 特性及主要用途【l o 】见表1 3 。 。 表1 3 超纯铁素体不锈钢的特性及主要用途 t a b l e1 3t h e p r o p e r t i e sa n da p p l i c a t i o n so f u l t r ap u r ef e r r i t i cs t a i n l e s ss t e e l s 材料名称特性主要用途 s u s 4 1 0 系 1 2 c r - 低碳 改善4 1 0 马氏体不锈钢的 焊接性和成型性 淬火硬化能力较低 s u ，8 4 3 缸0 世 窑蓑喜奏篓筹翟蠢性能 ：7 罢黑 冀量器需墨擎 舢、 喜簇蓦要霎s c 一0 性能伺牧强明玩泵l 化叨 c 任琵 s u s 4 4 4 1 9 c r - 2 m o s u s x m 2 7 2 6 c r - l m o 焊缝有良好的加工性能， 不需焊后热处理 耐腐蚀性，耐点蚀与3 0 4 、3 1 6 相当 抗s c c 性能好 改善焊接性能焊缝加工性良好 耐点蚀耐缝隙腐蚀性能比3 1 6 好 在醋酸、甲酸等有机酸中有优良的耐 蚀性 s u s 4 4 7 j 耐一般腐蚀和耐缝隙腐蚀性能 3 0 c r - 2 m o 极低几乎同钛合金或高钛合金相当 碳 焊缝有良好的加工性 汽车排气处理材料及回气管 石油加热器燃烧筒 建筑材料 温水箱 厨房设备 汽车、家用电器的内外装饰 化工设备的部分热交换器 温水箱 太阳能集热板 厨房设备 温水器、沸水槽 太阳能集热板 化工设备的热交换器压力容器 作为3 0 4 、3 1 6 的代用品受重视 用于化工设备中引起s c c 点蚀、 缝隙腐蚀的环境下 有机酸生产设备 隔膜法制碱设备 有机酸生产设备 进入2 l 世纪以来，可持续发展战略的提出，使新材料的开发必须以环境友好 作为先决条件。而超纯铁素体不锈钢是较为理想的节约资源型环保材，它不含对 人体产生过敏的金属元素镍。汽车排气系统中铁素体不锈钢尤其是含铌铁素体不 锈钢的良好耐蚀性，使其成为代替铸铁的良好选材【l l 】。近年来，超纯铁素体不锈 4 7 ? 毒 东北大学硕士学位论文第l 章绪论 钢的开发与发展主要集中在( a ) 抗菌铁素体不锈钢。日本n i s s h i a 公司研制的抗菌 铁素体不锈钢是在很低碳的w ( c r ) 1 7 铁素体不锈钢中添加w ( c u ) 1 5 和w ( w o ) 0 6 ，这种钢对大肠杆菌及葡萄状球菌有杀菌作用。中科院金属研究所在铁素体 不锈钢中加入铜，经抗菌热处理后，得到了具有抗菌性能的不锈钢，但其大规模 工业化冶炼工艺目前在国内还属空白。( b ) 含铌铁素体不锈钢。铌在超纯铁素体 不锈钢中提高抗点蚀电位，w ( c r ) 1 7 w f n b ) 0 4 的点蚀电位与w ( c r ) 1 7 w ( m o ) 1 相当，含铌铁素体不锈钢可改善表面质量和提高成型性，还可提高表 面性状、可焊性、高温强度( 抗蠕变性) 、耐热疲劳性、抗氧化性以及耐蚀性能。 川崎不锈钢公司在开发汽车排气系统用超纯铁素体不锈钢方面做了大量工作，通 过优化合金钼和硅的成分研制出高成型性、抗氧化性的排气歧管用材料。 一 铁素体不锈钢，特别是超纯铁素体不锈钢具有良好的耐蚀性、成型加工性和 优异的耐应力腐蚀性且廉价，因而在轻工。民用、建筑、汽车和石油化工等方面 得到广泛应用。不断提高钢的纯净度，特别是最大限度地降低钢中碳、氮、氧等 间隙元素含量，采用钛和铌同时加入的双稳定化并优化钢的生产和使用工艺，是 进一步改善现代铁素体不锈钢品质和性能的重要途径。 我国不锈钢工业虽起步较晚、冶炼技术水平不高，低成本、大批量生产超纯 铁素体不锈钢的技术还不成熟，但铁素体不锈钢的消费市场却有很大潜力，因此 基于国内不锈钢的研究开发现状，做好超纯铁素体不锈钢的基础研究工作，为中 国不锈钢的品种结构调整做好准备是很有必要的【l m l 2 1 。 1 2 铁素体不锈钢中稳定化元素的作用 1 2 1 钛 钛在钢中的存在形态主要为：微量固溶于铁基体中或形成碳氮化钛第二相。 钛在钢中具有阻止晶粒长大、提高钢的淬透性、阻止形变奥氏体再结晶及产生显 著的沉淀强化效果等作用，因而在钢中获得了广泛的应用【1 3 , 1 4 】。钛是强碳化物形 成元素，向不锈钢中加入钛而避免了晶间腐蚀。但钢中钛含量不足时达不到稳定 化效果，加钛过多不仅造成钛的浪费，而且由于t i 与o 、n 有很强的亲和力， 生成t i 的氧化物和氮化物夹杂以及它们与a 1 2 0 3 形成的复合夹杂物团簇相当严 重。加之粘度大，不仅内生夹杂物不易上浮去除，而且，过饱和的碳优先与钛结 合生成t i c ，这样碳就不与铬结合，不会引起晶界贫铬，从还易于将耐火材料等 外来夹杂物卷入钢中【l5 。对钢的力学性能，特别是抛光性能等有害【1 6 1 。所以选 取适当的t i 、c 比很重要。 5 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 2 2 铌 ， ? ， 铌是铬系和铬镍系不锈钢的重要合金化元素之一，其作用是多方面的。铌在 钢中的存在形态主要有：微量固溶于铁基体中或形成碳氮化铌第二相。在钢中具 有阻止晶粒长大、抑制形变奥氏体再结晶及产生显著的沉淀强化效果等作用【1 7 】。 铌可提高不锈钢的室温及高温力学性能，同时，微量铌对高温蠕变强度也有良好 的效果。在铌含量为0 0 1 - - 4 3 4 0 时，随铌含量的增加，不锈钢具有良好的耐海 水、大气腐蚀性能【1 8 】；n b 是强碳化物形成元素，与c 、n 元素亲和力非常强， 易形成高稳定性的n b n ，n b c 化合物。据测定，钢中含有0 0 0 2 n 元素时，形 成高稳定性的n b n ，熔点高达1 5 0 0 ，n b n 、n b c 在钢液冷凝结晶时，优先形 成高度弥散分布的非自发结晶的核心，细化晶粒，增强了弥散碳化物与基体的结 合力；n b c 能降低基体含c 量，同时n b n 、n b c 既能增加抗晶间腐蚀性能，又 提高钢的韧性和屈服强度，降低脆性转变温度【1 9 删。 。 1 2 3 铌钛双稳定 t i 和n b 是铁素体形成元素，在f e c r 相图中可使0 c 竹相界向低铬方向移 动。因此，含钛，铌的铁素体不锈钢一般均具有单一的铁素体组织；向钢中加入 t i 、n b 可使钢中铬的碳，氮化物转而形成t i 、n b 的碳、氮化物并细化铁素体不 锈钢的晶粒。与铁素体不锈钢的c 、n 结合成t i 、套m 的碳、氮化物而抑制钢中 铬的碳：氮化物的形成，从而提高铁素体不锈钢的耐晶间腐蚀性能，这是t i 、 n b 在铁素体不锈钢中的主要作用。由于n b 的价格远高于t i ，因此工业应用的 铁素体不锈钢大多采用t i 或t i 帅晒作为稳定化元素，但也有一些牌号由于加套m 还有其他优点而采用n b 作为稳定化元素。 碳氮的稳定度用式( 1 1 ) 表示，稳定度等于1 时，达到最佳稳定效果的最低铌、 钛。对于铌、钛稳定化t 4 0 9 铁素体不锈钢而言，合金设计时把碳、氮一起考虑计 算，其加入量为w ( t i ) = 0 1 w ( n b ) = 0 2 - - 0 3 w ( n b ) - w ( t i ) _ 2 ：1 。对于不 同钢种来说，铌钛的合理加入量还需深入研究。 。 ， 双稳定化采用复合固碳氮，其优点在于：低钛减少大颗粒t i n 夹杂引起的表 面缺陷，适当配比的铌可改善织构组织而得到好的平均r 值，提高成型性；同时， 还可改善表面性状、可焊性、高温强度( 抗蠕变性) 、耐热疲劳性、抗氧化性和耐 蚀性f 2 1 2 射。 ， 稳定度= t i l 万6 + n b 8 ( 1 1 ) 6 一。 龟 t 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 3 影晌铁素体不锈钢成型性的因素 i 铁素体不锈钢的成型性有两大课题【2 佗8 】，第一是抗起皱性，所谓起皱是冲压 成型时产生的与轧制方向平行的凹凸状表面缺陷，起皱的产生严重损害了产品的 美观，又增大了研磨负担，因此有必要抑制其产生。第二是提高深冲指标的r 值， 铁素体不锈钢在提高延伸率和n 值上有极限，由提高r 值来改善深冲性是重要的。 所以要改善铁素体不锈钢的冲压成型性就同时要求抑制起皱产生和提高深冲性。 ( 1 ) 抗皱性： 、 1 铁素体不锈钢加工过程中的起皱缺陷及成因起皱是铁素体不锈钢在成型过 程中应变量较大时产生的一种表面缺陷，这种缺陷发生在平行于板的轧制方向， 表现为狭窄凸起条纹，即表面上皱折。起皱破坏了成型部件的外观，消除它需要 昂贵的研磨和抛光操作。在部件内部，由于化学成分的偏差，会导致材料变形及 耐腐蚀性不均匀例。 起皱的产生机理曾经有几种看法：合金元素的偏析、碳化物分布不均匀等。 现在一般有两种观点：一种认为在热、冷加工过程中某些织构沿轧向分布，在应 变过程中，由于塑性变形的各向异性，在板材厚度方向产生应变差别从而引起起 皱；另一种观点认为，c r l 7 型不锈钢在凝固过程中产生成分偏析的柱状晶，这 种成分的不均匀性，在随后的热加工和热处理过程中很难消除，而且随加工量的 增加沿轧向呈线性分布，由于这种化学成分的偏差导致材料变形性能的不均匀。 t 但是现在普遍认为起皱是由于与钢板的轧制方向平行延伸的、结晶方位近的 晶粒群的塑性变形不同而产生的，也可以说是由混合织构的各向异性塑性流动引 起的。这个聚集组织被认为是起因于凝固柱状晶在热轧板上形成条状组织，残留 于冷轧退火板上而产生的。因此有效地抑制起皱的产生，就要分割此条状组织， 抑制冷轧退火板上聚集组织的形成。 ( 2 ) 深冲性 工业产品要求，工件尽量沿轧面塑形流动，而不沿厚向流动的性能，有利的 晶粒取向为 吖纤维织构，组织中 1 11 织构强度越高，其r 值越高。深冲变 形本质为剪切变形，而且工业生产要求的深冲性是狭义的深冲，是抗厚度减薄的 能力。因此，当原子密排方向为厚向时，首先保证了尽量多的密排面平行于深冲 方向、即剪切变形的惰性面取向；然后保证了厚向不易变形，即原子密排方向平 行于不希望变形的方向。至于 n d 不利于深冲性，是指 0 1 1 的剪切 变形取向不利，特别提出高斯织构是因为轧制后材料沿厚向主要分布着平面变形 织构和剪切变形织构，而再经过退火的静态软化处理，平面变形取向会向 ( 1 l1 ) 转动的，但是剪切变形取向保持 0 11 l l w p ，、两者差别明显。平面 7 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 变形静态软化取向的密排面垂直于轧向、而且原子密排方向平行于轧相；而剪切 变形取向的一个密排面平行于轧向，其在深冲时极易转动而引起材料厚向的塑性 流动，这不是狭义良好深冲形的要求。因此，表征深冲性是否良好时，主要是关 心沿厚向平面变形是否更多、剪切变形是否更少。：，。 一( 3 ) 深冲性的提高和表面褶皱的加剧是相互伴随的。 对提高铁素体不锈钢深冲性的有利晶粒取向为 l l l - t 纤维，此种晶粒取向 是铁素体晶粒在承受平面应变的变形方式下产生的 0 0 1 ， 、 1 1 2 、 1 1 1 仅纤维，又通过回复和再结晶而形成的。但是，铁素