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糊状区保温时间对201奥氏体不锈钢氮含量和气孔率的影响

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热加工工艺 2017年第6期46卷 92-95页

作者：曹磊金青林昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093

对低镍奥氏体不锈钢201在糊状区分别在氮气环境中保温0、5、10、15 min,探究保温时间对氮含量和气孔率的影响。结果表明:随着保温时间的增长,氮含量显著提高。糊状区保温可在避开凝固过程中的铁素体区,促进液相中的氮向奥氏体扩散。经... 详细信息

对低镍奥氏体不锈钢201在糊状区分别在氮气环境中保温0、5、10、15 min,探究保温时间对氮含量和气孔率的影响。结果表明:随着保温时间的增长,氮含量显著提高。糊状区保温可在避开凝固过程中的铁素体区,促进液相中的氮向奥氏体扩散。经过热力学分析,化学势差提供了氮从液相向奥氏体扩散驱动力。因此,糊状区保温是一种有效的不锈钢增氮方法,为生产高氮不锈钢提供了新思路。

关键词：糊状区保温奥氏体不锈钢氮含量气孔率

糊状区保温时间对201不锈钢氮含量、气孔率及组织的影响

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糊状区保温时间对201不锈钢氮含量、气孔率及组织的影响

作者：黄通昆明理工大学

学位级别：硕士

氮合金化对不锈钢有诸多益处：首先,氮合金化能够显著提高不锈钢的强度,但不降低塑性;其次,氮是强烈的奥氏体稳定化元素,可以减少甚至取代不锈钢中的镍,经济效益显著;此外,氮合金化还能提高不锈钢的耐蚀性能。基于上述理论,低镍型奥氏... 详细信息

氮合金化对不锈钢有诸多益处：首先,氮合金化能够显著提高不锈钢的强度,但不降低塑性;其次,氮是强烈的奥氏体稳定化元素,可以减少甚至取代不锈钢中的镍,经济效益显著;此外,氮合金化还能提高不锈钢的耐蚀性能。基于上述理论,低镍型奥氏体不锈钢以锰和氮代替部分镍,不但可以大幅降低生产成本,还能够保证一定的强度及耐腐蚀性能,因此受到了广泛的关注。但目前,低镍型奥氏体不锈钢增氮存在两个问题,一是增氮效果不佳,氮含量偏低,二是增氮过程中易于产生气孔,降低了性能。本研究通过在氮气氛下进行“糊状区”保温,尽量避开铁素体区域,促使氮从液相向奥氏体扩散,从而实现保氮增氮目的,并针对糊状区保温所得试样的氮含量、气孔率和组织进行了研究。研究表明,糊状区保温工艺制备的试样氮含量与液相渗氮工艺所制试样相比明显增高,说明糊状区保温增氮工艺是一种有效的增氮工艺。随着糊状区保温时间的增长,氮含量逐渐增长。氮气分压为1 atm时,糊状区保温15 min的试样氮含量能达到0.230 wt.%;氮气分压为4 atm时,糊状区保温15 min的试样氮含量能达到0.377 wt.%。热力学分析表明,氮在液相中的化学势高于氮在奥氏体中的化学势,化学势差值是引起氮从液相向奥氏体扩散的驱动力。分析实验结果,还发现糊状区保温增氮的试样的气孔率要低于液相渗氮保温试样的气孔率,说明糊状区保温增氮工艺可以有效减少气孔的产生。在糊状区保温增氮过程中,由于氮会由液相向奥氏体扩散,氮气泡会发生析出、重溶,相当于进行了“二次增氮”,一方面有效减少了气孔,另一方面促进了氮的扩散。该不锈钢的显微组织主要由奥氏体和铁素体组成。随着氮含量的提高,奥氏体逐渐增多,铁素体逐渐减少。我们可以通过控制糊状区保温时间长短,来控制氮含量和残余铁素体数量,以此来达到材料实际应用所需性能。糊状区保温工艺是一种有效的增氮工艺,氮含量显著提高,气孔率明显降低,为奥氏体不锈钢增氮提供一种新的思路。

关键词：奥氏体不锈钢糊状区保温氮含量气孔率显微组织

糊状区保温对Cr18Mn18N奥氏体不锈钢析出行为的影响

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铸造技术 2019年第5期40卷 445-448页

作者：曹荣金青林李省霖古航贞昆明理工大学材料科学与工程学院

用糊状区保温增氮工艺制备了Cr18Mn18N奥氏体不锈钢。研究了糊状区保温对Cr18Mn18N合金氮含量和显微组织的影响。结果表明,当氮气压力为0.1 MPa时,随着糊状区保温时间的增加,铸锭中的氮含量由0.161%提高到0.384%,气孔率则从3.69%逐渐降... 详细信息

用糊状区保温增氮工艺制备了Cr18Mn18N奥氏体不锈钢。研究了糊状区保温对Cr18Mn18N合金氮含量和显微组织的影响。结果表明,当氮气压力为0.1 MPa时,随着糊状区保温时间的增加,铸锭中的氮含量由0.161%提高到0.384%,气孔率则从3.69%逐渐降至3.25%。随着氮含量的增加,奥氏体组织的体积分数逐渐增加,铁素体和σ相逐渐减小,当氮含量为0.279%时,完全抑制σ相形核。

关键词：糊状区保温氮含量显微组织 σ相

糊状区渗氮对Cr10Mn9Ni0.7合金氮含量及凝固相变过程的影响

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材料导报 2018年第4期32卷 579-583页

作者：金青林汪洋曹磊宋群玲昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093

研究了糊状区保温对Cr10Mn9Ni0.7合金凝固过程和氮含量及相变过程的影响。结果表明,随着糊状区保温时间的延长,铸锭中的氮含量逐渐升高,同时铸锭中的气孔率逐渐降低。当氮气压力为0.1 MPa时,氮含量由0.17%升高到0.23%,而气孔率则从1.86... 详细信息

研究了糊状区保温对Cr10Mn9Ni0.7合金凝固过程和氮含量及相变过程的影响。结果表明,随着糊状区保温时间的延长,铸锭中的氮含量逐渐升高,同时铸锭中的气孔率逐渐降低。当氮气压力为0.1 MPa时,氮含量由0.17%升高到0.23%,而气孔率则从1.86%降至1.37%;当氮气压力为0.4 MPa时,氮含量由0.29%升高到0.37%,而气孔率从1.41%降至1.06%。糊状区保温的增氮机制可归结为:在糊状区保温会促进包晶反应进程,使更多的铁素体转变为奥氏体;同时糊状区保温能够提高残留液相中的氮含量,进而提高"通道状"奥氏体中的氮含量。糊状区保温能够消除铁素体阱,从而降低气孔率。

关键词：糊状区保温氮含量显微组织相变

氮含量对Cr10Mn9Ni0.7合金组织和力学性能的影响

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氮含量对Cr10Mn9Ni0.7合金组织和力学性能的影响

作者：曹磊昆明理工大学

学位级别：硕士

不锈钢是日常生产生活中最常见的一种金属,因其良好的力学性能和优异的耐蚀性得到广泛应用。对不锈钢进行氮化处理,以氮代镍,既能保证不锈钢的各项性能,又能节约资源,因此受到了广泛的关注。常见的不锈钢氮化技术主要是液相渗氮和固相渗... 详细信息

不锈钢是日常生产生活中最常见的一种金属,因其良好的力学性能和优异的耐蚀性得到广泛应用。对不锈钢进行氮化处理,以氮代镍,既能保证不锈钢的各项性能,又能节约资源,因此受到了广泛的关注。常见的不锈钢氮化技术主要是液相渗氮和固相渗氮,但是液相渗氮存在渗氮效果较差,且工艺复杂的问题,固相渗氮时渗氮时间长,且渗氮层厚度有限。本研究对渗氮工艺进行改进,提出一种新的渗氮方法,糊状区保温渗氮工艺。主要是利用糊状区温度范围内,固液两相区共存的特点,进行一定时间的保温,使氮气有充分的时间溶入液相,并扩散至奥氏体相,最终提高室温组织中的氮含量。通过实验及理论研究,本文最终得出以下结论:(1)糊状区保温过程中,氮含量随着保温时间的增加逐渐提高,当氮气压力为0.1MPa时,氮含量可从0.17%提高到0.23%,而气孔率则从1.86%降至1.37%;当氮气压力为0.4MPa时,氮含量由0.29%提高到0.37%,气孔率从1.41%降到1.06%。说明糊状区保温工艺可以有效提高钢中的氮含量,同时能够降低铸锭中的气孔率。(2)探究了糊状区保温过程中组织随氮含量的变化,表明在糊状区保温过程中,氮在钢液中不断溶解会使组织中的铁素体发生等温相变,一部分铁素体与液相发生包晶反应生成奥氏体,另一部分由固态相变变为奥氏体;液相中的氮达到一定含量后,会在随后的冷却中直接转变为奥氏体。(3)阐述了糊状区保温增氮的机理:一方面,糊状区增氮促使铁素体向奥氏体转变,奥氏体含量的增多增加了合金中氮的溶解度;另一方面,氮含量的提高促使液相直接转变为奥氏体,增加了室温组织中的奥氏体含量。(4)高氮奥氏体不锈钢在变形量小于2%时候,氮含量的增加能显著提高奥氏体不锈钢的屈服强度;当变形量超过5%以后,试样中可能有形变马氏体产生,使得氮含量较低的试样应力值显著增大,而氮含量较高的试样中,强化仍以加工硬化为主。

关键词：糊状区保温显微组织氮含量相变凝固模式力学性能

氮含量对18Cr18Mn不锈钢凝固相变过程的影响

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氮含量对18Cr18Mn不锈钢凝固相变过程的影响

作者：曹荣昆明理工大学

学位级别：硕士

传统意义上,在钢中加入氮元素会使钢中产生非金属化合物,降低钢的综合性能,因此要将钢中的氮含量控制在一定的范围之内。然而,在钢中加入氮并不是完全没有益处,在高氮钢中氮可以和钢中的其他合金元素交互作用,从而改善材料的力学性能、... 详细信息

传统意义上,在钢中加入氮元素会使钢中产生非金属化合物,降低钢的综合性能,因此要将钢中的氮含量控制在一定的范围之内。然而,在钢中加入氮并不是完全没有益处,在高氮钢中氮可以和钢中的其他合金元素交互作用,从而改善材料的力学性能、耐腐蚀性能及生物相容性,这使得高氮奥氏体不锈钢成为近年来广泛使用的新型结构材料之一。目前,不锈钢主要的增氮工艺是固相渗氮工艺和液相渗氮工艺,但二者分别在增氮效果和工业化大规模的生产存在一定的不足,本研究结合两者的优点,提出了一种新型的渗氮工艺—糊状区保温增氮工艺。其熔炼特点是:在固液两相共存区进行“半固态”保温,使反应充分进行,氮气充分融入奥氏体相,最终获得高氮不锈钢。通过实验研究及理论分析,本文得出了以下结论:(1)本研究选取18Cr18Mn合金为原材料,采用糊状区保温工艺在真空/高压感应熔炼炉中制备含氮不锈钢。对氮含量和气孔率的检测表明,糊状区保温工艺提高了钢中的氮含量,降低了气孔率,并且增氮效果随保温时间增加而增加。在0.1MPa的氮气压力下,随着保温时间从0min增加至20min,不锈钢中氮含量从0.161%提高至0.384%,气孔率从3.69%降至3.25%。(2)观察合金的显微组织发现,合金的显微组织主要由铁素体,奥氏体和σ相三部分组成,并且随着氮含量的增加,奥氏体体积分数逐渐增加,铁素体和σ相体积分数逐渐减小,同时,铁素体的显微形貌从网状、片状转变为短棒状、孤岛状。当氮含量达到0.279%时,不锈钢室温组织只包含铁素体相和奥氏体相,不出现σ相,高的氮含量会抑制σ相的形核。(3)糊状区保温增氮机理可做如下解释:糊状区保温促进铁素体转变为奥氏体,而奥氏体体积分数的增加又能进一步提高钢中氮的溶解度;除此之外,液相中氮含量的提高会促使液相向奥氏体转变,使得组织中的奥氏体含量升高,最终提高了铸锭中的氮含量。(4)分析了氮含量对合金包晶反应进程的影响,结果表明增加氮含量可促进包晶转变的程度。氮含量主要是通过影响合金的铬镍当量比,进而影响凝固过程中铁素体向奥氏体转变的体积分数,最终影响包晶反应的进程。(5)探究了氮含量对不锈钢力学性能的影响,结果表明,不锈钢的屈服强度随着氮含量的增加,呈现先降低后增加随后又略微下降的趋势;不锈钢的延伸率随氮含量的升高呈现先减小后增大的―V‖字型趋势。同时,随着氮含量的增加,材料的塑性增加,不锈钢的断裂方式从脆性的沿晶断裂和穿晶断裂方式转变为韧性断裂。

关键词：糊状区保温氮含量 σ相包晶反应拉伸性能