超纯铁素体不锈钢热疲劳性能的研究
铁素体含量(δ%)对不锈钢性能的影响
铁素体含量(δ%)对不锈钢性能的影响一、铁素体（δ）的概述--------------------1.1 不锈钢具有较好的耐蚀性、耐热性、耐低温性及良好的易成形性和优异的可焊接性，是不锈钢系列材料中重要的一类，其产量约占不锈钢总产量的60%。
不锈钢阀门主体材料几乎全部采用奥氏体不锈钢，而阀门行业对奥氏体不锈钢的认识水平，还仅涉及其化学成分和力学性能方面。
但是对一些石油化工重要工程中，都对奥氏体不锈钢焊接母材和焊缝中的铁素体含量进行了规定，正常在5%～15%。
Fe-C相图1.2 铁素体的作用具有双重性，奥氏体不锈钢母材和焊材中一定数量的铁素体对防止焊接热裂纹, 提高焊缝抗晶间腐蚀和应力腐蚀能力都有十分重要的作用, 同时，铸件中一定数量的铁素体(5%～20%)对防止铸造热裂纹，提高铸件力学性能也都是有利的。
在一些特定的环境，如高温、超低温以及选择腐蚀环境，应控制其不利作用。
为此，研究奥氏体不锈钢中铁素体的作用, 掌握铁素体的调控原理、测量和计算方法, 对研制和开发不锈钢产品具有十分重要的意义。
铁素体金相组织图二、铁素体对奥氏体钢性能的影响--------------------2.1 铁素体在奥氏体不锈钢中的作用是十分重要的，对阀门来讲，最重要的方面是对焊接性能的影响，其次是对材料耐腐蚀性能、力学性能和加工性能的影响。
不锈钢按晶体结构分为奥氏体、铁素体和马氏体。
奥氏体是面心立方晶体结构，无磁性。
铁素体和马氏体是体心立方晶体结构，有磁性。
2.1.1 其实奥氏体不锈钢，并不表明其组织结构必须是100%的奥氏体。
在不锈钢阀门和零件验收时，常可见到用磁铁来吸引被检测产品，若出现有弱磁性就以此认为产品存在质量问题，其实这是对奥氏体不锈钢的一种误解。
2.1.2 奥氏体不锈钢的焊缝区由于其特定冷却结晶条件，熔池体积很小，焊缝金属的晶体是以熔池底部及边缘，沿着母材半熔化区残留的晶体外延生长的，结晶速度起初很慢，但在焊缝中心区很快，这样焊缝金属冷却结晶是在不平衡热力学条件下快速形成的。
《SOFC连接体用铁素体不锈钢高温氧化行为研究》范文
《SOFC连接体用铁素体不锈钢高温氧化行为研究》篇一一、引言随着能源需求的增长和环境保护意识的提高，固体氧化物燃料电池（SOFC）作为一种高效、清洁的能源转换技术，其发展日益受到关注。
SOFC连接体是电池结构中的关键部件，负责将各单电池串联起来。
在高温、高湿的电池工作环境下，连接体的材料——铁素体不锈钢（Ferritic Stainless Steel，FSS）面临着严峻的氧化挑战。
本文将探讨SOFC连接体用铁素体不锈钢在高温环境下的氧化行为，以期为该领域的研究和应用提供理论支持。
二、铁素体不锈钢的基本性质铁素体不锈钢是一种重要的金属材料，具有优良的力学性能、抗腐蚀性能和高温稳定性。
在SOFC连接体中，其良好的高温强度和抗氧化性是保证电池稳定运行的关键因素。
然而，在高温度环境中，其表面可能发生氧化反应，影响其性能和使用寿命。
三、高温氧化行为的实验研究为了研究SOFC连接体用铁素体不锈钢的高温氧化行为，我们进行了系列的实验。
首先，通过高温氧化实验模拟了电池运行过程中的环境条件，观察了材料在高温环境下的氧化过程和氧化层的生长情况。
同时，利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术手段对氧化层的形貌和成分进行了分析。
四、高温氧化行为的分析与讨论根据实验结果，我们发现铁素体不锈钢在高温环境下会发生明显的氧化反应，表面形成一层氧化层。
这层氧化层主要由铁的氧化物组成，其形成过程受温度、时间和气氛等因素的影响。
随着温度的升高和时间的延长，氧化层的厚度逐渐增加。
此外，我们还发现氧化层的形成对基体的力学性能和抗腐蚀性能产生了一定的影响。
在分析过程中，我们注意到氧化层的生长机制是一个复杂的过程，涉及到多种物理和化学因素。
一方面，高温环境下，氧分子更容易与基体金属发生反应；另一方面，基体金属的成分、晶体结构以及表面状态等因素也会影响氧化过程。
此外，气氛中的其他元素如硫、氯等也可能对氧化过程产生影响。
五、结论与展望通过对SOFC连接体用铁素体不锈钢的高温氧化行为的研究，我们得出以下结论：1. 铁素体不锈钢在高温环境下会发生明显的氧化反应，表面形成一层氧化层。
《445J2超纯铁素体不锈钢应力腐蚀行为研究》
《445J2超纯铁素体不锈钢应力腐蚀行为研究》一、引言在众多不锈钢材料中，445J2超纯铁素体不锈钢因其优良的力学性能、抗腐蚀性能及高温稳定性等优点，广泛应用于石油、化工、食品和医疗等关键领域。
然而，由于该类不锈钢在特定环境下的应力腐蚀行为具有复杂性和危害性，对其进行深入研究对于保证材料在极端环境下的使用安全显得尤为重要。
本文以445J2超纯铁素体不锈钢为研究对象，对其应力腐蚀行为进行系统性的研究和分析。
二、材料与方法1. 材料准备本实验所使用的材料为445J2超纯铁素体不锈钢，其化学成分、力学性能等基础数据通过文献资料和实验测定得到。
2. 实验方法通过模拟实际使用环境，对445J2超纯铁素体不锈钢进行应力腐蚀实验。
具体包括恒温恒湿条件下的静态拉伸实验、循环加载实验及电化学腐蚀实验等。
同时，通过SEM、EDS等微观分析手段对试样进行观察和分析。
三、应力腐蚀行为分析1. 应力腐蚀机理445J2超纯铁素体不锈钢在特定环境下，由于拉应力和腐蚀介质的共同作用，导致材料发生应力腐蚀开裂。
其机理主要包括阳极溶解和氢致开裂两种途径。
在阳极溶解过程中，材料表面形成微小的阳极区和阴极区，从而引发局部腐蚀；而氢致开裂则是因为氢原子渗入材料内部，降低材料的韧性，导致裂纹的扩展。
2. 影响因素影响445J2超纯铁素体不锈钢应力腐蚀行为的因素众多，包括介质类型、温度、应力水平、材料成分等。
其中，介质类型和温度是影响应力腐蚀行为的主要因素。
不同介质对应力腐蚀的敏感性不同，而温度的变化则会影响材料的腐蚀速率和裂纹扩展速度。
此外，高应力水平会加速裂纹的扩展，而材料成分的微小变化也可能导致应力腐蚀行为的改变。
四、实验结果与讨论1. 实验结果通过一系列的应力腐蚀实验，我们得到了445J2超纯铁素体不锈钢在不同环境下的应力腐蚀行为数据。
包括不同介质中的拉伸曲线、循环加载下的疲劳寿命及裂纹扩展速率等。
同时，通过SEM和EDS等微观分析手段，观察到了材料在应力腐蚀过程中的微观形貌变化和元素分布情况。
《445J2超纯铁素体不锈钢腐蚀行为研究》
《445J2超纯铁素体不锈钢腐蚀行为研究》篇一一、引言不锈钢因其卓越的耐腐蚀性、高强度和良好的加工性能，广泛应用于各种工程领域。
445J2超纯铁素体不锈钢作为其中的一种，因其良好的力学性能和稳定的化学性质，被广泛应用于石油化工、航空航天等重要领域。
然而，其在实际应用过程中，尤其是在一些极端环境中，如高温、高压或含腐蚀介质的环境中，仍然可能会遭受不同程度的腐蚀破坏。
因此，研究445J2超纯铁素体不锈钢的腐蚀行为，对于提高其使用寿命和安全性具有重要意义。
二、文献综述在过去的研究中，关于不锈钢腐蚀行为的研究主要集中在腐蚀类型、腐蚀机理以及影响因素等方面。
对于445J2超纯铁素体不锈钢，已有研究对其在不同环境下的腐蚀行为进行了探讨。
例如，有研究表明在氯化物溶液中，445J2超纯铁素体不锈钢会发生点蚀和均匀腐蚀；在高温高压环境中，其腐蚀行为受到材料成分、环境介质和温度等因素的影响。
此外，关于不锈钢的防护措施和表面处理技术也是研究的热点。
三、实验方法本研究采用实验与理论分析相结合的方法，对445J2超纯铁素体不锈钢的腐蚀行为进行研究。
首先，通过制备不同成分的445J2超纯铁素体不锈钢样品，分别在氯化物溶液、硫酸溶液和高温高压环境中进行腐蚀实验。
其次，利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）和X射线衍射（XRD）等手段，对腐蚀后的样品进行微观结构和成分分析。
最后，结合实验结果和理论分析，探讨445J2超纯铁素体不锈钢的腐蚀机理及影响因素。
四、实验结果与分析1. 氯化物溶液中的腐蚀行为在氯化物溶液中，445J2超纯铁素体不锈钢主要发生点蚀和均匀腐蚀。
点蚀主要发生在材料表面的局部区域，形成小而深的蚀坑；均匀腐蚀则表现为材料表面均匀减薄。
通过SEM和EDS 分析发现，点蚀的形成与氯离子在材料表面的吸附和扩散有关，而均匀腐蚀则与材料的化学成分和环境介质有关。
2. 硫酸溶液中的腐蚀行为在硫酸溶液中，445J2超纯铁素体不锈钢主要发生的是均匀腐蚀。
TSZ410铁素体不锈钢的高温力学性能试验
modulus，nominal yield strength，tensile strength，and elongation were obtained. The Rasmussen model and Gardner model were compared and analyzed. Based on the Rasmussen model，the calculation formula for the high-temperature stainless steel material hardening index was proposed and the high temperature stress-strain constitutive relationship of TSZ410 stainless steel was established. Compared with Q235B， S30408 austenitic stainless steel and EN 1.4003 stainless steel，the law of the effect of temperature on its mechanical properties was revealed. The results indicate that the initial elastic modulus， the nominal yield strength， and the tensile strength of TSZ410 stainless steel decrease gradually with the increase of temperature，especially in the temperature segment of 400℃ to 700℃，and the rate of decline is most significant. When heating temperatures are equal to 700°C， the elastic modulus is reduced to 40% of the normal temperature elastic modulus， and the nominal yield strength and tensile strength are reduced to about 15% of the nominal yield strength and tensile strength at room temperature. At a high temperature，the strength loss of TSZ410 stainless steel is larger than that of Q235B，while the stiffness loss is obviously less than that of Q235B. At a temperature below 500 ℃，TSZ410 stainless steel strength loss is significantly less than S30408 austenitic stainless steel，but when the temperature is higher than 500 ℃，the opposite is true.
《445J2超纯铁素体不锈钢应力腐蚀行为研究》范文
《445J2超纯铁素体不锈钢应力腐蚀行为研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，不锈钢因其卓越的耐腐蚀性、高强度和良好的加工性能，被广泛应用于各种工程领域。
其中，445J2超纯铁素体不锈钢以其优异的力学性能和抗腐蚀性能，在石油、化工、海洋工程等领域得到了广泛的应用。
然而，在特定的环境下，如含有氯离子的介质中，这种材料可能会遭受应力腐蚀开裂（SCC）的威胁。
因此，对445J2超纯铁素体不锈钢的应力腐蚀行为进行研究，对于保障其安全、可靠的应用具有重要意义。
二、445J2超纯铁素体不锈钢概述445J2超纯铁素体不锈钢是一种高纯度、高强度的铁基合金，具有优良的耐腐蚀性、高温强度和良好的加工性能。
其化学成分和微观组织结构决定了其独特的力学和物理性能。
该材料在许多工业领域中都有广泛的应用。
三、应力腐蚀行为研究1. 应力腐蚀开裂机制应力腐蚀开裂是445J2超纯铁素体不锈钢在特定环境下的一种主要失效模式。
当材料处于拉应力状态，并暴露在含有氯离子的介质中时，容易发生应力腐蚀开裂。
这一过程涉及电化学腐蚀和机械应力的相互作用，导致材料局部区域的应力集中，最终形成裂纹并扩展，导致材料断裂。
2. 影响因素（1）环境因素：环境中的氯离子浓度、温度、pH值等都会影响445J2超纯铁素体不锈钢的应力腐蚀行为。
（2）材料因素：材料的化学成分、微观组织结构和力学性能都会对应力腐蚀行为产生影响。
（3）应力状态：材料的应力状态，包括拉应力的大小和方向，也会影响应力腐蚀开裂的敏感性和开裂速率。
3. 研究方法（1）实验方法：通过浸泡实验、慢应变速率拉伸实验等方法，研究445J2超纯铁素体不锈钢在不同环境条件下的应力腐蚀行为。
（2）数值模拟：利用有限元分析等方法，对材料的应力分布和裂纹扩展进行模拟，以深入了解应力腐蚀开裂的机制。
四、研究结果与讨论通过对445J2超纯铁素体不锈钢的应力腐蚀行为进行研究，我们发现：1. 在含有氯离子的介质中，材料的应力腐蚀开裂敏感性较高，且随着氯离子浓度的增加，开裂敏感性增加。
中高温时效处理对 Cr21 铁素体不锈钢组织和性能的影响
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参考文献 ［1］ 陆世英． 不锈钢概论［M］． 北京: 原子能出版社，2007: 60-67． ［2］ 卫星． 铁素体不锈钢在汽车排气系统的应用日益广泛［J］．上海金属， 2005，27( 3) : 63． • ［3］ Calliari I，Zanesco M． Influence of isothermal aging on secondary phases precipitation and Toughness of a duplex stainless steel SAF2205 ［J］． J Mater Sci，2006，41: 7643-7649． • ［4］ Emad EL-KASHIF，Kentaro ASAKURA． Effects of Boron，Niobium and Tianium on Grain Growth in Ultra High Purity • 18% Cr Ferritic Stainless Steel［J］． ISIJ International，2004，44: 15681575． • ［5］ Chen Jiping，Kang Yonglin． Microstructure and Properties of Ti and Ti + Nb Ultra-Low-Carbon Bake Hardened Steels［J］．Journal of Iron and Steel Research，2009，16( 6) : 33-40． • ［6］ Haitao Yan， Hongyun Bi． Precipitation and mechanical properties of Nb-Modified ferritic stainless steel duringisothermal agin ［J］． Materials Characterization，2009，60:204-209． • ［7］ Strid J，Easterling K E． On the Chemistry and Stability of Complex Carbide and Nitrides in Micro alloyed Steels［J］．Actametall，1985，33 ( 11) : 2057-2074． • ［8］ 雍岐龙． 钢铁材料中钢第二相［M］． 北京: 冶金工业出版社， 2006．
超纯铁素体不锈钢脆性及形成特点对性能的影响
超纯铁素体不锈钢脆性及形成特点对性能的影响铁素体不锈钢通常是指Cr质量分数为12%～30%的不锈钢，依照Cr质量分数的不同，可以将其划分为低Cr、中Cr及高Cr这3种类型。
通常而言，铁素体不锈钢抗蚀能力的强弱与Cr质量分数有关，Cr 质量分数越高，耐蚀性能越强。
为了提高材料的综合性能，避免Cr的碳化物和氮化物析出对钢力学性能和耐腐蚀性能带来的不利影响，现阶段铁素体不锈钢向着低C、N的方向发展。
超纯铁素体不锈钢属于铁素体不锈钢的一种，其C和N元素的含量极低(C和N元素质量分数之和一般不超过0.015%)且具有中高Cr质量分数。
由于其拥有较好的耐腐蚀性能、导热性能、抗震性能和加工性能等，且与Cu、Cu合金和Ti材相比，价格相对较低，被广泛应用于汽车行业、厨房用具和家用电器、建筑行业及石油化工等领域。
虽然超纯铁素体不锈钢性能优越，但在其生产过程中也存在诸多问题，由于Cr元素的质量分数较高，并且存在Mo和Mn元素等其他合金成分，很难避开σ相脆性、475℃脆性和高温脆性等高Cr铁素体不锈钢固有的问题。
因此，生产人员很重视这些脆性给超纯铁素体不锈钢带来的危害，发现σ相、χ相，α’相，Laves相，碳、氮化物的析出及Cr元素的质量分数是导致脆性形成的主要原因。
本文详细阐述了超纯铁素体不锈钢σ相脆性、475℃脆性和高温脆性等主要特征及影响因素，并就上述脆性对超纯铁素体不锈钢的力学性能和抗蚀性能等影响做了探讨和分析，以便供生产和使用人员参考。
1 超纯铁素体不锈钢脆性的主要特征超纯铁素体不锈钢含有多种合金元素，在热加工期间极易析出不同类型的金属间化合物，主要为Cr、Nb和Ti的碳、氮化物，以及σ相、χ相、Laves相和α’相等金属间化合物。
σ相、χ相、Laves相和α’相的特性见表1。
表1 超纯铁素体不锈钢中金属间化合物的特性一些典型的超纯铁素体不锈钢的σ相、χ相和Laves相的析出“C”曲线如图1和图2所示。
由于合金成分含量的不同，这些相析出的最敏感温度为800～850℃。
B对Nb稳定化的超纯Cr17铁素体不锈钢性能的影响
试验所用的材料为在试验室冶炼的单独添加 Nb B 的超纯 Cr17 铁素体不锈钢 （ C + N 和复合添加 Nb、
－4 ≤1. 5 × 10 ） ， 化学成分如表 1 所示。 两种坯料均在 450 mm × 450 mm 二辊可逆试验热轧机上热轧。 其
中， 热轧 开 轧 温 度 为 1100 ℃ ， 经 7 道 次 轧 至 5 mm， 终轧温度为 850 ℃ 。 热轧板在 950 ℃ 保温 13 min 后 得到热轧退火板。 经酸洗后在 110 mm × 350 mm × 300 mm 四辊可逆试验冷轧机上冷轧。其中， 冷轧压下 量为 80% 。最终， 两种工艺的冷轧板在920 ℃ 下保温 4 min 完成再结晶退火。
［8 ］
金相显微镜观察组织。 板材宏 观 织 构 的 检 测 层 经 25 mL H2 O + 25 mL H2 O2 + 10 mL HCl 的溶液去应力腐蚀后， 在 Bruker D8 Discover X 射线衍射仪上进行检测。 采用 Co Kα 辐 ｛ 200 ｝ ， ｛ 112 ｝ 三个不完整 射， 通过测量样品的 ｛ 110 ｝ ， 极图计算取向分布函数（ ODF） 。 薄板的成形性能用平均塑性应变比 （ r 珋 值 ） 来衡 。 0° 、 45° 90° 和 方向上制取标准 量 在沿与薄板轧向呈 拉伸试样并在 3 mm / min 的拉伸速度下发生 15% 的变 r45° 、 r90° ， 形后， 分别测得各个方向上的塑性应变比 r0° 、 = （ r0° + 2 × r45° + r90° ） / 4 。 而r 珋
第 36 卷 2011 年
第8 期 8月
Vol. 36 No. 8
HEAT TREATMENT OF METALS
(完整版)宝钢家电用超纯铁素体不锈钢B430LNT的研发及应用
家电用含铌430不锈钢的研发及应用张鑫张伟宝钢集团中央研究院不锈钢技术中心上海 200431中信微合金化技术中心北京 100004摘要:本文介绍了宝钢家电用含铌430铁素体不锈钢B430LNT的开发背景，性能参数和应用情况。
与常规的SUS430铁素体不锈钢相比，B430LNT将碳，氮，硫等杂质元素含量降到了非常低的水平,并且添加合金元素铌和钛。
由于Nb具有较强的固定碳氮，细化铁素体晶粒尺寸等作用，这使得B430LNT在退火状态下具有非常均匀，细小的铁素体组织,碳氮化物在晶界析出极少.其耐腐蚀性能，成形性能，焊接性能，抗起皱性能均优于SUS430。
与日本JFE公司的同类产品JFE430XT相比，也具有明显的优势。
目前B430LNT在洗衣机内筒，电冰箱面板，微波炉，洗碗机内胆等家用电器零部件上得到了广泛的应用。
关键词：含铌铁素体不锈钢,家电用不锈钢，焊接，成型前言：铁素体不锈钢是一种含铬量在10—30％，在使用状态下是铁素体组织的一类不锈钢。
根据铬的含量,铁素体不锈钢可以分为低铬,中铬和高铬铁素体不锈钢,其中中铬铁素体不锈钢（以SUS430为代表钢种）由于其优良的综合性能和较高的性价比，在家电，装饰，制品等行业得到了非常广泛的使用。
在微波炉内外壳、洗衣机内桶、电冰箱面板、电饭煲、电热水器内胆等种类繁多的家用电器里都可以看到中铬铁素体不锈钢SUS430的身影。
尽管铁素体不锈钢已经得到了广泛的应用，但是与传统的奥氏体不锈钢SUS304相比,它仍然存在一些不足，其中最主要表现在三方面，第一,耐蚀性较差，易发生晶间腐蚀。
第二，可焊性一般,焊接后焊缝的性能与母材产生一定差距。
第三，成型性能不足，表现为变形后容易开裂。
为了克服铁素体不锈钢的这些缺点,日本最先开发超纯铁素体不锈钢,通过大幅降低铁素体不锈钢中杂质元素含量，并添加Nb，Ti等稳定化合金元素，使得铁素体不锈钢的耐蚀性，焊接性和成形性都得到了大幅的提高。
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第３５卷第１期２０１４年２月特殊钢
ＳＰＥＣＩＡＬ吼ＥＬＶ０１．３５．Ｎｏ．１
Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１４・６５・
超纯铁素体不锈钢热疲劳性能的研究谷宇１张晶晶２张保亮２
（山西太钢不锈钢股份有限公司１炼钢二厂；２技术中心，太原０３０００３）
摘要研究了预处理铁水－９０ｔＫＯＢＭＳ－ＶＯＤ．ＬＦ．板坯ＣＣ流程生产的１．５ｍｍ冷轧超纯铁素体不锈钢４０９、４２９和４４１板材室温一１０００℃８００次循环的热疲劳性能。结果表明，４２９钢（／％：０．００９Ｃ，０．８６Ｓｉ，１５．３Ｃｒ，０．４７Ｎｂ）和４４１钢（／％：０．００８Ｃ，０．４５Ｓｉ，１７．９Ｃｒ，０．３９Ｎｂ，０．１８Ｔｉ）的热疲劳（８００次循环的裂纹长度１．２ｍｍ）明显优于４０９钢（／％：０．００７Ｃ，０．４０Ｓｉ，１１．２Ｃｒ，０．１４Ｎｂ，０．１０Ｔｉ）的热疲劳（８００次循环的裂纹长度２．０ｍｍ）；在室温一１０００ｏＣ的冷热交替过程中钢的薄弱部位Ｆｅ元素会首先形成氧化物并剥落，从而产生裂纹。裂纹附近表面形成Ｆｅ：ＳｉＯ。・Ｃｒｚ０，复合氧化膜，阻碍裂纹进一步扩展。关键词汽车排气管４０９、４２９和４４ｌ超纯铁素体不锈钢室温一１０００ｏＣ热疲劳
ＡＳｔｕｄｙｏｎＴｈｅｒｍａｌ・ＦａｔｉｇｕｅＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＳｕｐｅｒＦｅｒｒｉｔｅＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌｓ
ＧｕＹｕｌ．ＺｈａｎｇＪｉｎｇｊｉｎ９２ａｎｄＺｈａｎｇＢａｏｌｉａｎ９２
（１Ｎ０２ＳｔｅｅｌｍａｋｉｎｇＰｌａｎｔ，２ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒ，ＳｈａｎｘｉＴａｉｇａｎｇＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌＣｏＬｔｄ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００３）
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｔｈｅｒｍａｌ．ｆａｔｉｇｕｅｂｅｈａｖｉｏｒｗｉｔｈ８００ｃｙｃｌｅｓｏｆａｍｂｉｅｎｔ一１０００℃ｆｏｒ１．５ｍｍｃｏｌｄ—ｒｏｌｌｅｄｓｈｅｅｔｏｆ４０９．４２９ａｎｄ４４ｌｓｕｐｅｒｆｅｒｒｉｔｅｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｐｒｅ．ｔｒｅａｄｅｄｍｅｔａｌ－９０ｔＫＯＢＭＳ．ＶＯＤ．ＬＦ－ｓｌａｂＣＣｆｌｏｗｓｈｅｅｔｆｏｒａｕｔｏｅｘ—
ｈａｕｓｔｐｉｐｅｌｉｎｅｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｈｅｒｍａｌ—ｆａｔｉｇｕｅ（ｃｒａｃｋｌｅｎｇｔｈ
ｗｉｔｈ８００ｃｙｃｌｅｓ－１．２ｒａｍ）ｏｆｓｔｅｅｌ４２９
（／％：０．００９Ｃ。０．８６Ｓｉ，１５．３Ｃｒ，０．４７Ｎｂ）ａｎｄｓｔｅｅｌ４４１（／％：０．００８Ｃ，０．４５Ｓｉ，１７．９Ｃｒ，０．３９Ｎｂ，０．１８Ｔｉ）ｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌ．ｆａｔｉｇｕｅ（ｃｒａｃｋｌｅｎｇｔｈｗｉｔｈ８００ｃｙｃｌｅｓ一２．０ｍｍ）ｏｆｓｔｅｅｌ４０９（／％：０．００７Ｃ，０．４０Ｓｉ，１１．２Ｃｒ，０．１４Ｎｂ，
０．１０Ｔｉ）：ｄｕｒｉｎｇｒｅｖｅｒｓｉｎｇ
ａｍｂｉｅｎｔ．１０００℃ｈｅａｔｉｎｇ—ｃｏｏｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅＦｅａｔｏｍｓｉｎｗｅａｋ
ｒｅｇｉｏｎ
ｏｆｓｔｅｅｌａｒｅｆｉｒｓｔｏｘｉｄｉｚｅｄ
ｔｏｆｏｒｍｏｘｉｄｅｓａｎｄｐｅｅｌｏｆｆｆｒｏｍｂａｓｅｍｅｔａｌ，ｌｅｄｔｏｆｏｒｍｃｒａｃｋ，ａｎｄｔｈｅｆｏｒｍｅｄＦｅ，ＳｉＯｄ・Ｃｒ，Ｏ，ｏｘｉｄｅｆｉｌｍｓｎｅａｒｃｒａｃｋｐｒｅ—
ｖｅｎｔｃｒａｃｋｆｕｒｔｈｅｒｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ．
ＭａｔｅｒｉａｌＩｎｄｅｘＡｕｔｏＥｘｈａｕｓｔＰｉｐｅｌｉｎｅ．４０９。４２９ａｎｄ４４１ＳｕｐｅｒＦｅｒｒｉｔｅＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌｓ，Ａｍｂｉｅｎｔ一１０００ｏＣＴｈｅｒ—
ｍａｌ—Ｆａｔｉｇｕｅ
排气管在交变温度的作用下容易产生热疲劳裂纹，以致零件破坏¨‘３ｊ。新日铁等公司针对要求越来越高的排气管热端用材料进行了系统研究，通过添加Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ等元素提高铁素体不锈钢的高温性能，取得了一定的效果Ｍ引。本试验通过模拟发动机工况，研究室温到１０００℃条件下多种铁素体不锈钢的热疲劳性能。１试验方法试验选取了太钢不锈钢股份有限公司生产的１．５ｍｍ厚４０９、４２９、４４１不锈钢冷轧板材（表１）。３种牌号的不锈钢均采用如下工艺生产：铁水三脱预处理＿９０ｔＫ—ＯＢＭ－Ｓ＿＋８０ｔＶＯＤ＿８０ｔＬＦ＿板坯连铸。表１试验用超纯铁素体不锈钢的化学成分／％Ｔａｂｌｅ１Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｅｓｔｓｕｐｅｒｆｅｒｒｉｔｅｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｓ／％试验按照ＨＢ６６６０－９２进行。试样尺寸（ｍｍ）为１．５×２０×５０。试验使用的热疲劳试验机由支架、控制系统、电机、电阻炉和水浴组成。试验机采用管式加热炉进行加热，电炉温度控制器型号为ＫＳＹ６Ｄ．１６，炉内温度波动±２。，炉内均温带５０ｍｍ。冷热疲劳实验过程为试样在加热段（１０００℃）保温３ｍｉｎ，然后进入水浴箱（室温）并保持０．５ｍｉｎ，使试样充分冷却，再次将试样提升至电阻炉中加热和保温，如此循环。保温过程由ＪＳＳ４８Ａ型继电器自动控制，并采用ＤＨ４８Ｊ型计数器记录循环次数。当循环到一定次数后取出试样，在显微镜测量试样表面裂纹长度。试验结果为几个最长裂纹的平均值。令裂纹长度为２００¨ｍ的循环次数为合金热疲劳裂纹的萌生次数。
２试验结果试样在循环３００次后，３个试样上均萌生了裂纹［图１（ａ。，ｂ。，Ｃ，）］。并Ｈ４０９钢试样表面明显氧
万方数据・６６・特殊钢第３５卷
图１超纯铁素体不锈钢４０９（ａｌ，ａ２，ａｚ，ａ４），４２９（ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４）和４４１（Ｃｌ，ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）经室温一１０００℃３００次（ａｔ，ｂｌ，Ｃ１），４００次（ａ２，ｂ：，Ｃ：），６００次（ａ３，ｂ，，ｃ，）和８００次（ａ４，ｂ４，Ｃ。）热循环的表面形貌Ｆｉｇ．１Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｓｕｒｆａｃｅｏｆｓｕｐｅｒｆｅｒｒｉｔｅｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ４０９（ａｌ，ａ２，ａ３，ａ４），４２９（ｂｌ，ｂ２，ｂ３，ｂ４）ａｎｄ４４１（Ｃｌ，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）ａｍ－
ｂｉｅｎｔ－１０００ｏＣ３００ｔｉｍｅｓ（ａｌ，ｂｌ，Ｃ１），４００ｔｉｍｅｓ（ａ２，ｂ２，Ｃ２），６００ｔｉｍｅｓ（ａ３，ｂ３，Ｃ３）ａｎｄ８００ｔｉｍｅｓ（ａ４，ｂ４，Ｃ４）ｔｈｅｒｍａｌ
ｃｙｃｌｅｓ
化，裂纹附近表面呈暗红色。热循环３００次后才萌生裂纹，说明３种试验材料的塑性良好，可以通过变形释放应力。图１（ａ：，ｂ：，Ｃ：）为循环４００次后的试样形貌，４０９钢试样表面有起皮现象，说明该钢的抗氧化性能较差。而４２９、４４１钢试样表面比较平整，表明其氧化层与基体结合力较大。图１（ａ，，ｂ，，Ｃ，）为试样循环６００次后的表面形貌。从形貌中可以观察到，各试样的裂纹延长，并且裂纹的末端十分明显，呈Ｖ字形。表明试样在一定程度上仍通过塑性变形方式缓解了局部的应力集中，试样表面都变得凸凹不平。图１（ａ。，ｂ。，ｅ。）为试样循环８００次后的形貌。试样的表面形貌与循环６００次相似，均产生了严重的氧化，且在试样多处产生裂纹。结合图１（ａ，，ｂ，，Ｃ，）中试样形貌，可以确定试样循环６００—８００次过程中，在试样变形处产生裂纹。这些裂纹的产生使试样的热疲劳抗力进一步下降。如图２所示，试样热疲劳裂纹长度随着循环周次的增加逐渐增大，且４０９钢试样裂纹扩展速度明显高于４２９和４４１钢试样。３分析与讨论图３为４２９钢试样裂纹端部细节的ＥＤＳ分析，图２循环周期对超纯铁素体不锈钢４０９、４２９和４４１热疲劳裂纹长度的影响Ｆｉｇ．２Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｃｙｃｌｅｓｏｎｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｒｍａｌｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋｏｆｓｕｐｅｒｆｅｒｒｉｔｅｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ４０９，４２９ａｎｄ４４１从分析结果可以看到，紧挨裂纹的ｂ位置出现了Ｃｒ偏析，由初始基体的Ｃｒ含量１５．３％下降到了１２．０２％，没有检测到其他元素如Ｓｉ、Ｎｂ等；而在裂纹处Ｃ位置Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ等元素均出现了较大的偏析，其中Ｃｒ含量由基体的１５．３％提高到４７．４３％，Ｓｉ含量由０．８６％提高到７．０３％，Ｎｂ由０．４７％提高到２．７７％；Ｃ位置与ｂ位置的成分偏析是吻合的。由图３（ｃ）ＥＤＳ结果推测得到如表２氧化膜成分。可推断在高低温反复作用下，试样表面因温度
万方数据第１期谷宇等：超纯铁素体不锈钢热疲劳性能的研究・６７・
元素含量，％Ｏ３３．２４Ｓｉ７．０３Ｃｒ４７．４３Ｆｅ９．５２Ｎｂ２．７７
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ＦｅＣｒ６ｓｉ４
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图３超纯铁索体不锈钢４２９热疲劳裂纹形貌（ａ），微区１（ｂ）和微区２（Ｃ）的能谱（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＳｐｅｃｔｒｕｍ）分析Ｆｉｇ．３Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｒｍａｌｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋ（ａ），ＥＤＳ（ｅｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｓｐｅｃｔｒｕｍ）ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｉｃｒｏ・ｒｅｇｉｏｎ１（ｂ）ａｎｄ２（Ｃ），ｓｕｐｅｒ
ｆｅｒｒｉｔｅｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ４２９
表２超纯铁素体不锈钢４２９热疲劳裂纹处氧化膜成分／％Ｔａｂｌｅ２Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｏｆｏｘｉｄｅｆｉｌｍｓａｔｔｈｅｒｍａｌｆａｔｉｇｕｅｃｒａｃｋ
ｏｆｓｕｐｅｒｆｅｒｒｉｔｅｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ４２９／％
Ｃｒ２０３Ｓｉ０２Ｆｂ０８．０Ｆｅ２Ｎｂ（Ｆｅ３Ｎｂ３Ｃ）６．１
图４热疲劳过程中裂纹萌生机理Ｆｉｇ．４Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃｒａｃｋｅｍｅｒｇｅｎｃｅｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｒｍａｌｆａｔｉｇｕｅ
高且与空气接触，出现局部氧化并形成氧化层，如图４（ａ）所示。由于铁的氧化物致密性差，在温度交替的过程中逐渐剥落，形成裂纹，如图４（ｂ）。在裂纹产生的位置，由于铁的氧化物大量剥落，导致Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ等元素的富集，形成Ｃｒ２０，、Ｆｅ：ＳｉＯ。等致密氧化膜，阻止了裂纹的进一步扩展，此外，高温下Ｎｂ与Ｆｅ形成的Ｆｅ：Ｎｂ及Ｆｅ。Ｎｂ，ｃ等析出物钉扎在裂纹附近，也阻碍了裂纹的扩展［．瑚Ｊ。４２９钢通过高温下形成的Ｆｅ：ＳｉＯ。・Ｃｒ２０，复合氧化膜，实现了与４４１不锈钢相当的抗热疲劳裂纹扩展的性能，表明Ｆｅ：ＳｉＯ。对裂纹扩展的抑制作用要强于Ｃｒ：０１。４结论（１）４２９、４４１不锈钢有较好的室温一１０００℃抗
热疲劳性能，４０９不锈钢抗热疲劳性能差。（２）在冷热交替过程中，薄弱部位Ｆｅ元素会首先形成氧化物并剥落，从而产生裂纹。随着Ｆｅ的氧化物的不断剥落，裂纹开始扩展。裂纹扩展后表面
形成的氧化物膜为Ｆｅ：ＳｉＯ。・Ｃｒ２０，复合氧化膜，且Ｆｅ：ＳｉＯ。对裂纹扩展的抑制作用要强于Ｃｒ２０，。此外，Ｆｅ：Ｎｂ及Ｆｅ，Ｎｂ，Ｃ析出物钉扎在裂纹附近，对裂纹扩展起到了一定的阻碍作用。（３）４２９不锈钢的合金成本低于４４１不锈钢，其抗热疲劳性能略高于４４１不锈钢，是一种低成本高抗热疲劳性能的不锈钢。