采用真空熔煉、1150 ℃均勻化退火、1000 ℃熱軋、950 ℃退火等工藝制備含質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.20%鈮的446鐵素體不銹鋼，研究了熱軋變形量（20%，40%，60%）對(duì)試驗(yàn)鋼組織和耐鋁液腐蝕性能的影響。結(jié)果表明：隨著熱軋變形量的增加，試驗(yàn)鋼的晶粒尺寸明顯細(xì)化，析出相析出位置由晶界轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ы绾途?nèi)，小角度晶界含量先增后減，當(dāng)熱軋變形量為40%時(shí)，小角度晶界占比最高，為27.2%。20%熱軋變形量下的析出相主要為TiN和（Ti, Nb）C，40%和60%熱軋變形量下主要為（Ti, Nb）（C, N）、（Ti, Nb）C和Fe2Nb，60%熱軋變形量下Fe2Nb相的含量更多。隨著熱軋變形量的增加，770 ℃鋁液中浸蝕1 h后試驗(yàn)鋼表面形成的金屬間化合物層厚度先減小后增大，40%熱軋變形量下的厚度最小，為54.04μm，同時(shí)金屬間化合物層中存在彌散分布的（Ti, Nb）C析出相，此時(shí)試驗(yàn)鋼具有最優(yōu)異的耐鋁液腐蝕性能。
論文標(biāo)題：
熱軋變形量對(duì)含鈮446鐵素體不銹鋼組織與耐鋁液腐蝕性能的影響
論文作者：
宋佳敏，廖勁成，楊弋濤
01研究背景
鐵素體不銹鋼具有價(jià)格低廉、力學(xué)性能穩(wěn)定、高溫性能良好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于鋁合金熔煉時(shí)的熱電偶套管材料。鐵素體不銹鋼將鋁液隔絕以保護(hù)熱電偶，由于與高溫熔融鋁液直接接觸，易受鋁液腐蝕而失效。鐵素體不銹鋼在熔融鋁液中的腐蝕屬于擴(kuò)散腐蝕：不銹鋼基體被鋁液潤濕后，鐵元素溶于鋁液而鋁原子向不銹鋼中反應(yīng)擴(kuò)散。鋁原子和鐵原子在界面處發(fā)生反應(yīng)生成 Fe2Al5和FeAl3相，從而形成金屬間化合物層。研究表明，在446鐵素體不銹鋼成分的基礎(chǔ)上添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2％鈮元素后，鋁液腐蝕形成的金屬間化合物層厚度減小，該鋼具有更優(yōu)異的耐鋁液腐蝕性能。
在熱電偶管套的生產(chǎn)過程中，鐵素體不銹鋼薄板的加工流程包括鑄造、熱軋、退火、酸洗、冷軋、再次退火等步驟，其中熱軋是影響制品性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在軋制過程中，鐵素體晶粒會(huì)經(jīng)歷動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和回復(fù)過程，隨著變形量的增加而逐漸細(xì)化，小角度晶界增加。小角度晶界具有較強(qiáng)的腐蝕抗力，可使基體獲得更好的耐腐蝕性能。目前，有關(guān)熱軋變形量對(duì)含鈮鐵素體不銹鋼耐鋁液腐蝕性能的研究很少，能否通過熱軋變形量的優(yōu)化來調(diào)控其顯微組織從而提升耐鋁液腐蝕性能等至今仍不清楚。為此，作者以含質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.20％鈮的446鐵素體不銹鋼為研究對(duì)象，采用真空熔煉、1150℃均勻化退火、1000℃熱軋、950℃退火等工藝制備試驗(yàn)鋼，研究了熱軋變形量對(duì)試驗(yàn)鋼組織及耐鋁液腐蝕性能的影響，以期為鋁工業(yè)生產(chǎn)所用熱電偶套管材料的開發(fā)和應(yīng)用提供參考。
02研究亮點(diǎn)
1 試樣制備與試驗(yàn)方法
本章節(jié)詳細(xì)介紹了含鈮446鐵素體不銹鋼試樣的制備與試驗(yàn)方法。首先通過真空電弧爐熔煉制備鈮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%的鑄錠，并進(jìn)行了化學(xué)成分分析。鑄錠經(jīng)1150℃×2h均勻化退火后，在1000℃下進(jìn)行熱軋，變形量分別為20%、40%和60%，隨后進(jìn)行950℃×1h退火處理。采用電解拋光和EBSD技術(shù)進(jìn)行組織分析，利用SEM和EDS觀察第二相形貌和微區(qū)成分。鋁液腐蝕試驗(yàn)在770℃下進(jìn)行1小時(shí)，腐蝕后通過SEM觀察截面形貌，并用EDS分析腐蝕界面區(qū)域的成分變化。
不同熱軋變形量下試驗(yàn)鋼的晶體取向圖
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
本章節(jié)重點(diǎn)研究了熱軋變形量對(duì)含鈮446鐵素體不銹鋼組織和耐鋁液腐蝕性能的影響。隨著熱軋變形量從20%增加到60%，晶粒取向由<001>//ND主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)?lt;111>//ND主導(dǎo)，最終趨于隨機(jī)分布，平均晶粒尺寸從164.8μm減小至89.3μm，再結(jié)晶程度提高。小角度晶界（LAGB）比例先增后降，40%變形時(shí)達(dá)到最高（27.2%）。析出相類型和分布隨變形量變化：20%時(shí)主要為晶界分布的（Ti, Nb）C和TiN；40%時(shí)出現(xiàn)晶內(nèi)析出的（Ti, Nb）C和FeNb相，分布更彌散；60%時(shí)FeNb相增多。耐鋁液腐蝕性能在40%變形時(shí)最佳，金屬間化合物層厚度最?。?4.04μm），歸因于亞結(jié)構(gòu)增多、晶內(nèi)析出相彌散分布阻礙鋁擴(kuò)散；60%變形時(shí)因LAGB減少、FeNb相增多和裂紋產(chǎn)生，耐腐蝕性下降。
鋁液浸蝕后不同熱軋變形量下試驗(yàn)鋼截面元素含量分布
03結(jié)束語
（1）隨著熱軋變形量由20％增加到60％，試驗(yàn)鋼晶粒尺寸減小，小角度晶界含量先增后減，當(dāng)熱軋變形量為40％時(shí)，小角度晶界占比最高，為27.2％。
（2）20％熱軋變形量下析出相主要在晶界處析出，組成主要為 TiN 和（Ti, Nb）C；40％和 60％熱軋變形量下析出相彌散分布在晶界和晶內(nèi)，組成主要為（Ti, Nb）（C, N）、（Ti, Nb）C 和 Fe2Nb，60％熱軋變形量下Fe2Nb 相的含量更多。
（3）隨著熱軋變形量的增加，試驗(yàn)鋼表面因鋁液浸蝕形成的金屬間化合物層厚度先減小后增大；40％熱軋變形量下的厚度最小，為 54.04 μm，此時(shí)金屬間化合物層中存在彌散分布的（Ti, Nb）C 析出相，試驗(yàn)鋼具有最優(yōu)異的耐鋁液腐蝕性能。
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