Fe-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼的化合物相及耐蝕性能研究.pdf

1、不銹鋼輕量化在車輛、船舶、潛艇和航空等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景，傳統(tǒng)的鉻不銹鋼不能完全滿足現(xiàn)在交通工具發(fā)展需要。目前正研究的Fe-Mn-Al系輕質(zhì)不銹鋼因耐蝕性較傳統(tǒng)鉻不銹鋼差，機(jī)械性能也沒(méi)充分發(fā)揮，還未能走向?qū)嵱?，廉價(jià)的合金元素氮能同時(shí)提高鋼的耐蝕性和強(qiáng)度、硬度、耐磨性等機(jī)械性能，但目前有關(guān)含氮輕質(zhì)不銹鋼的研究和應(yīng)用不多。另外，F(xiàn)e-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼中化合物相種類繁多，目前有關(guān)這類鋼中化合物相的種類和析出規(guī)律還不清楚，研究其

2、化合物相析出規(guī)律顯得尤為必要。
　　本文在文獻(xiàn)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)理論計(jì)算和前人研究設(shè)計(jì)出了一種Fe-9％Mn-15%Al-0.65%C-0.2%N輕質(zhì)不銹鋼；用25KG感應(yīng)爐冶煉制備出了19KG Fe-8.37%Mn-15.97%Al-0.65%C-0.2%N輕質(zhì)不銹鋼鋼錠，結(jié)合熱力學(xué)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，較系統(tǒng)地研究了Fe-Mn-Al-C-N不銹鋼中化合物相的析出規(guī)律，熱力學(xué)參數(shù)和分布，利用酸浸實(shí)驗(yàn)、鹽霧實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試其耐蝕性能

3、并分析其耐蝕機(jī)理，并且測(cè)試其密度。研究結(jié)果如下：
　　冶煉后的Fe-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼，無(wú)宏觀缺陷，含鋁15.97%、錳8.37%，成分差異的主要原因是熔煉時(shí)氮化錳鐵加入分解速度過(guò)快，導(dǎo)致鋼液沸騰漫出；
　　Fe-Mn-Al-C-N五元體系中，可能形成的化合物相種類繁復(fù)；XRD研究結(jié)果顯示Fe-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼鑄態(tài)物相主要有：鐵素體、AlMn和FeAl金屬間化合物、Mn4N和AlN氮化物；利用已有液態(tài)鋼

4、液熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算Fe-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼熔點(diǎn)約1420℃，AlN較Fe3C在鋼液中優(yōu)先析出；利用Miedema模型和周國(guó)治模型計(jì)算固態(tài)Fe-Mn-Al-C-N五元系中FeAl和Mn4N生成溫度分別為1210℃和1072℃；Fe-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼熱分析結(jié)果，1410℃是其熔化點(diǎn)，較前面計(jì)算1420℃相差不大；FeAl生成溫度是1260℃，與前面計(jì)算1210℃接近；1031℃是Mn4N生成溫度，與計(jì)算的1075℃接近；

5、實(shí)驗(yàn)中由于缺少AlMn熱力學(xué)數(shù)據(jù)，沒(méi)有利用Miedema計(jì)算其析出溫度，但結(jié)合文獻(xiàn)分析AlMn的析出溫度為934℃；600℃為Fe-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼奧氏體化溫度；
　　金相顯微鏡下觀察Fe-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼鑄態(tài)組織發(fā)現(xiàn)：本次冶煉鋼種無(wú)宏觀缺陷；化合物相在基體上呈蠕蟲(chóng)狀，并且主要在晶界處連網(wǎng)分布；結(jié)合掃描電子顯微鏡能譜分析，第二相中含有富錳相；結(jié)合文獻(xiàn)分析基體晶界處白亮的多邊形第二相為AlN，其他相分布暫時(shí)沒(méi)

6、有確定；
　　排水法測(cè)得Fe-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼密度為6.91g/cm2，較3Cr13不銹鋼的密度7.82g/cm2降低了12%，密度有了很大的降低，用鋁代替鉻確實(shí)起到了輕量化的效果；
　　濃硝酸浸泡實(shí)驗(yàn)，鹽霧實(shí)驗(yàn)和極化曲線測(cè)試結(jié)果表明：Fe-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼具有一定耐蝕性，但稍差于3Cr13不銹鋼，主要原因是Fe-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼化合物相連網(wǎng)分布；Fe-Mn-Al-C-N輕質(zhì)不銹鋼耐蝕性的