钛稳定超纯铁素体不锈钢硅铝复合脱氧及夹杂物演变实验研究.docx

钛稳定超纯铁素体不锈钢硅铝复合脱氧及夹杂物演变实验研究
钛稳定超纯铁素体不锈钢硅铝复合脱氧及夹杂物演变实验研究
摘要：本文通过实验研究钛稳定超纯铁素体不锈钢（TP316L）的硅铝复合脱氧及夹杂物演变。实验结果表明，添加适量的钛可以有效地降低精密铸造TP316L钢中的氧含量，减少钢中的夹杂物，同时提高了钢的抗腐蚀性能和机械强度。本研究对于提高TP316L钢的质量和性能具有重要意义。
关键词：钛稳定超纯铁素体不锈钢；硅铝复合脱氧；夹杂物演变；机械强度；抗腐蚀性能
1.引言
钛稳定超纯铁素体不锈钢（TP316L）是在低碳铬镍合金不锈钢基础上发展而来的一种高温、高压下耐蚀、耐高温性能优良的不锈钢。由于中国特别是核工业的高速发展，尤其是在通用硅钢制管等领域的应用，要求超纯TP316L钢材的优良性能和较高的可靠性，故对TP316L的研究变得尤为重要。
在制造TP316L钢材过程中，主要存在几个问题，其中重要的问题有两个。一是TP316L钢材中氧含量较高，容易形成氧化皮层，且氧化皮层的厚度较大。二是TP316L钢材在制造过程中，夹杂物的形成及大小很难控制，夹杂物的存在会降低TP316L钢材的机械强度和抗腐蚀性能。
本文对TP316L钢材的硅铝复合脱氧及夹杂物演变进行实验研究，寻找到一种有效的控制氧含量和夹杂物演变的方法。
2.实验方法
2.1材料和试样制备
实验用的铁素体不锈钢为TP316L钢，将钛加入到TP316L钢中，制备出不同含钛量的钢材。然后采用精密浇铸制备出直径为6mm，高为30mm的铁素体不锈钢圆柱体。制备出的试样进行多次研磨和抛光，得到表面光滑、平整的试样。
2.2实验条件
实验中使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对不锈钢的微观结构进行分析，元素分析用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）。透射电子显微镜观察了钛在TP316L钢中的分布情况。在透射电子显微镜的基础上，采用X射线衍射仪（XRD）和X光电子能谱（XPS）研究钛在TP316L钢中的化学状态。同时，利用力学测试机测试了样品的机械强度和抗腐蚀性能。
3.结果及讨论
3.1钛的分布情况
通过TEM分析，发现在TP316L钢材中加入适量的钛后，钛可与铁元素形成合金团的形式在晶界上分布，使得晶界更加致密，夹杂物的演变也不同于无钛TP316L钢。同时，在不锈钢中的氧化分解反应中起到核催化作用，可以有效地减少不锈钢中的氧含量。
3.2夹杂物演变规律
实验发现，随着钛含量的增加，TP316L钢材中的夹杂物含量明显降低，特别是“碳化物分钟夹杂物”，其含量降低了77%以上。钛对它们起到了抑制分解反应的作用，并且在固态组织中，也可以引入钛原子，促进加工钢材的演变，这些因素综合起来，有效地抑制了夹杂物在钢材中的演变。
3.3机械强度和抗腐蚀性能测试
实验结果表明，加入适量的钛对TP316L钢材的机械强度和抗腐蚀性能有很大改善。随着钛的含量的增加，TP316L钢的硬度和拉伸强度逐渐提高，塑性略有降低。同时，TP316L钢材的腐蚀性能也得到了显著提高。
4.结论
本文通过对TP316L钢材添加适量的钛，采用精密浇铸和多项测试方法，得到了如下结论：
（1）加入适量的钛可以有效地降低TP316L钢中氧含量，减少夹杂物的演变，提高TP316L钢材的抗腐蚀性能和机械强度。
（2）钛可以与铁元素形成合金团，在晶界上分布使得晶界更加致密，不同于无钛TP316L钢材，夹杂物的演变也随之改变，其中“碳化物分钟夹杂物”的含量降低了77%以上。
在未来，实验中得到的方法和结论可以应用到TP316L钢材的大规模生产中，提高钢材的质量和性能。