含铜铁素体不锈钢的组织与性能

论文摘要

含铜铁素体不锈钢具有良好的抗菌性能和明显的价格优势,已成为抗菌不锈钢的主要发展方向之一。但是铜的大量加入,必然对铁素体不锈钢的微观组织和力学性能产生不利影响,进而导致其机械加工难度增加。迄今为止,含铜铁素体不锈钢仍无法实现工业化批量生产。本文在总结回顾前人研究工作的基础上,尝试通过稀土处理来改善含铜铁素体不锈钢的微观组织和力学性能。研究成果将为抗菌不锈钢的工业化生产提供理论指导。通过真空感应炉冶炼、锻造及轧制工艺,制备出成分合格的含铜铁素体不锈钢试样。然后通过冲击实验和拉伸实验,结合金相分析、扫描电镜分析、X射线衍射分析等,研究了铜和稀土对于铁素体不锈钢力学性能和微观组织的影响作用规律。在本实验条件下,得到以下结论：1.含铜铁素体不锈钢的微观组织随着铜含量和稀土含量的增加而细化。2.稀土可以明显抑制含铜铁素体不锈钢中富铜区域的产生,降低富铜区域的比例和数量。当稀土含量为0.0640wt.%时,含铜铁素体不锈钢(铜含量1.71wt.%)中的富铜区域完全消失。3.含铜铁素体不锈钢中富铜区域的溶解是控制组织均匀化温度的关键,这与钢中与铜和稀土的含量关系密切。随着铜含量的增加,组织均匀化温度逐渐升高。随着稀土含量的增加,组织均匀化温度逐渐下降。向含铜铁素体不锈钢(铜含量1.71wt.%)中添加0.0640wt.%的稀土时,组织均匀化温度随着富铜区域的消失降至1050℃以下,基本恢复至不含铜试样的水平。4.铜可以明显提高铁素体不锈钢的抗拉强度和屈服强度,随着铜含量的增加,铁素体不锈钢的抗拉强度和屈服强度均逐渐增大。当铜含量为2.43wt.%时,抗拉强度与屈服强度分别达到663MPa和495MPa,较不含铜试样分别提高约70%和60%。5.微量稀土的添加可以明显改善含铜铁素体不锈钢的冲击韧性、抗拉强度和屈服强度。当稀土含量为0.0161wt.%时,含铜铁素体不锈钢的冲击韧性、抗拉强度和屈服强度均达到最大值,分别为36.5J/cm2、605MPa和510MPa。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 抗菌不锈钢概述
• 1.2.2 铜在钢中的作用
• 1.2.3 稀土在钢中的作用
• 1.2.4 含铜铁素体不锈钢的力学性能
• 1.3 本课题的研究背景
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 材料制备与实验方法
• 2.1 材料设计与制备
• 2.1.1 成分设计
• 2.1.2 冶炼工艺
• 2.1.3 锻造工艺
• 2.1.4 轧制工艺
• 2.2 检测分析方法
• 2.2.1 微观组织测试
• 2.2.2 力学性能测试
• 第3章 含铜铁素体不锈钢的组织分析
• 3.1 含铜铁素体不锈钢的组织形貌分析
• 3.1.1 铜对组织形貌的影响
• 3.1.2 稀土对组织形貌的影响
• 3.2 含铜铁素体不锈钢的富铜区域分析
• 3.2.1 富铜区域的判定
• 3.2.2 铜对富铜区域的影响
• 3.2.3 稀土对富铜区域的影响
• 3.3 含铜铁素体不锈钢组织均匀化的实验研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 含铜铁素体不锈钢的力学性能研究
• 4.1 含铜铁素体不锈钢的冲击韧性研究
• 4.1.1 铜对冲击韧性的影响
• 4.1.2 稀土对冲击韧性的影响
• 4.2 含铜铁素体不锈钢的强度研究
• 4.2.1 铜对强度的影响
• 4.2.2 稀土对强度的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢