汽车排气系统热端用15Cr型铁素体不锈钢析出行为及其对高温力学性能影响的研究

作     者：董志刚 

作者单位：云南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：项金钟;郎宇平

授予年度：2012年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：汽车排气歧管 铁素体不锈钢 高温时效 高温强度 析出相 

摘      要：汽车排气歧管是发动机废气经过的第一个部件,长期处在高温环境中。因此排气歧管要具备优良的耐高温性能,尤其是要具有良好的热疲劳性能,而热疲劳性能跟高温强度有关,高温强度越高热疲劳性能越好,材料的使用寿命越长。 本文主要研究了汽车排气歧管用15Cr型铁素体不锈钢析出行为及其对高温力学性能的影响。为此选择了三种成分实验钢分别是：0.014C-0.53Nb钢、0.014C-0.53Nb-0.1Ti钢和0.0022C-0.48Nb钢。对所选实验钢进行固溶和高温时效处理,采用高温拉伸方法对其进行高温力学性能测试。根据相关研究表明,固溶Nb含量越高则高温强度就越高,采用相分析方法,确定三种钢长时间高温时效后主要析出相及固溶Nb含量。采用XRD、扫描电镜以及透射电镜分析三种钢中析出相在时效过程中的变化。结果表明： （1）随着时效时间的增加,0.014C-0.53Nb钢和0.0022C-0.48Nb钢高温屈服强度下降较快,而0.014C-0.53Nb-0.1Ti钢高温屈服强度较为稳定,且900℃时效500h后0.014C-0.53Nb-0.1Ti钢高温屈服强度明显高于其它两种钢。 （2）900℃时效500h后：0.014C-0.53Nb钢中主要析出相为M6C （Fe3Nb3C）,固溶Nb从0.247wt%降到0.097wt%;0.014C-0.53Nb-0.1Ti钢中主要析出相为Laves （Fe2Nb）,固溶Nb从0.295wt%降到0.161wt%;0.0022C-0.48Nb钢中主要析出相是M6N （Fe3Nb3N）,固溶Nb从0.224wt%降到0.179wt%。长时间时效后固溶Nb含量均下降,0.014C-0.53Nb钢和0.0022C-0.48Nb钢强度随固溶Nb含量减少而强度降低,主要是由于M6C （Fe3Nb3C）相和M6N （Fe3Nb3N）相生成。含Ti钢中固溶Nb下降但强度变化不大,说明Laves （Fe2Nb）相是一种有益于高温强度的相。 （3）高温环境下,晶界成为薄弱环节,析出相在晶界存在时可起到拖拽晶界和强化晶界作用。三种钢在900℃时效500h后,析出相在晶界的分布和形貌各不相同：M6C（Fe3Nb3C）相在晶界粗化且不连续分布,Laves （Fe2Nb）相在晶界粗化且沿晶界连续分布,M6N （Fe3Nb3N）相在长时间时效后沿晶界分布明显;晶界析出的M6C （Fe3Nb3C）相和M6N（Fe3Nb3N）相呈胞状生长,特征是一边平行于晶界生长,另一边则朝着一个晶粒内部呈弧形生长。Laves （Fe2Nb）相在晶界分布是呈凸透镜状生长,特征呈两边薄中间厚。正是由于三种析出相在晶界的形貌,以及其与晶界的共格关系影响着晶界的强度,从而引起时效过程中屈服强度的变化。