316L不锈钢管
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增氮降镍对316L不锈钢管室温力学性能的影响及分析

来源:至德钢业 日期:2020-07-06 17:13:39 人气:61

 不锈钢是一种拥有良好的力学性能并被普遍应用于现代生活中的一种钢。浙江至德钢业有限公司实验通过对316L不锈钢管采取增氮降镍的手段,以达到节约成本的效果,并基于最佳固溶处理工艺,使钢中氮元素更好的固溶于基体中,充分发挥其固溶强化的基本理论为实验研究的基础,通过对一系列的室温力学实验包括洛氏硬度实验、室温拉伸和室温冲击实验的检测来观察试验钢的硬度、强度及塑性的变化规律,从而分析得出316L不锈钢管在增氮降镍后对其室温力学性能的基本影响规律。


一、洛氏硬度分析


  硬度的实质是对金属材料软硬程度进行衡量的重要指标,它可以用来表征材料抵抗弹性变形、塑性变形、残余变形、破坏和反破坏的能力。硬度作为材料强度、塑性和韧性等力学性能的综合指标,其实验由于测试方法的不同而分为:划痕法、回跳法、静压法、显微硬度和高温硬度等方法。本实验在实验室内对硬度进行测试、其测试主要利用洛氏硬度试验机采用压入法来测定。


 表是在最佳固溶处理工艺1000℃保温1小时下,分别对1#、2#、3#、4#试验钢硬度进行测试后得到的硬度值。为了避免实验的偶热性误差,本实验在试样表面不同位置分别取五个不同的点,并对其硬度值取平均值,以保证实验的相对准确性。经过确定的固溶处理后,发现试验钢增氮降镍后2#、3#、4#硬度值均大于1#试样钢,并且硬度值增长了28%。说明有效氮原子固溶到试样基体中,并通过晶界强化和固溶强化机理提高了材料的硬度。由此可以看出增氮降镍后会使试验钢硬度上升。2#、3#、4#试验钢的镍含量基本相同,氮含量分别增加,硬度值有所增长但是幅度并不大,说明镍含量降低不会影响试验钢的硬度,硬度增加主要是由于钢中增加了氮元素而导致的结果。


二、室温冲击性能的影响


  冲击试验主要在生产上用于检验冶炼、热处理工艺质量和热加工,同时还是对材料在不同温度下的韧脆转化趋势的一种评价方法。冲击试验的主要原理是利用的能量的守恒,将V型或U型缺口的试样,在冲击载荷的作用下将试样冲断,从而得到冲击功A k的一种方法。本实验进行冲击试验目的是了解其力学行为。


三、室温拉伸性能的影响


  从图中观察可得试验用316L不锈钢管的屈服强度和抗拉强度总体上涨,通过对加入氮化合金的2#、3#、4#试验钢与未加入氮化合金的1#试样钢进行比较可以看出,加氮的试验钢屈服强度和抗拉强度增幅明显大于未加氮的试验钢,屈服强度由522.96MPa增长到849.73MPa,增幅为62.48%;抗拉强度由794.36MPa增长到1126.59MPa,增幅为41.82%。由此所得随着氮含量值的不断变大可以提高试验钢的是室温强度。图4.4(b)为试验钢的断面收缩率和伸长率。从图中可以看出断面收缩率和伸长率均有所上涨,但是涨幅缓慢。断面收缩率由50.37%增长到59.93%,增幅为18.89%;伸长率由43.79%增长到50.26%,增幅为14.78%。由于伸长率和断面收缩率均为评定材料塑性的参数。所以氮含量的增加可以提高验钢的塑性。所以增氮降镍并没有影响试样钢的塑性,反而随着氮含量的增加塑性和强度均有所提高,从而改善了试验钢的室温拉伸性能。氮元素提高试验用316L不锈钢管的拉伸性能是因为氮加入钢中起到了细化微观组织结构的作用,从而抑制了钢中其他合金元素发生偏析的现象,并使组织分布更加均匀降低了裂纹产生的可能。对晶界起到强化作用,从而提高钢的强度和韧性降低其塑性破坏程度。


  图为1#、2#、3#、4#实验用316L不锈钢管通过扫描电镜得到的冲击断口显微形貌图,由图可以看出在试验钢的拉伸断口布满了韧窝,可以肯定其断裂形式为韧性断裂。由观察可以发现,拉伸后的韧窝相对冲击后的韧窝较小而浅,这种现象可以解释为拉伸需要一定的时间,在这个过程中试验钢会发生形变强化而降低塑性变形能力,从而表现出此现象。对图4.5中的(a)、(b)、(c)、(d)四幅图分析比较得出2#、3#、4#试验钢的韧窝数量多于1#试样钢且韧窝较多而深。所以增氮降镍后试验钢的断口形貌符合拉伸实验获得的强度和塑性表现出的特征。


四、结论


  1. 增氮降镍后316L不锈钢管洛氏硬度增加了28%。


  2. 增氮降镍后316L不锈钢管的冲击功由190.6J提高到247.3J,增幅为29.75%。冲击功得到了明显的提高。


  3. 增氮降镍后316L不锈钢管的断面收缩率由50.37%增长到59.93%,增幅为18.89%;伸长率由43.79%增长到50.26%,增幅为14.78%。试验钢的塑性得到了改善。


  4. 增氮降镍后316L不锈钢管的屈服强度由522.96MPa增长到849.73MPa,增幅为62.48%;抗拉强度由794.36MPa增长到1126.59MPa,增幅为41.82%。试验钢的室温强度得到了明显的改善。


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