[发明专利]含氮奥氏体钢微观组织预测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及含氮奥氏体钢微观组织预测的方法。

背景技术

奥氏体不锈钢是最重要的一类不锈钢，其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70％，钢号也最多。几十年来，国内外使用最广泛的是镍铬不锈钢。但是这样的不锈钢有两个比较严重的问题。首先是强度、硬度偏低，限制其广泛使用；其次，是由于镍和铬元素的地矿藏量相对较少，所以制取成本高昂。针对这些问题，人们开展了奥氏体不锈钢中掺杂氮的研究，发现氮可以稳定奥氏体微观组织，可以提高强度，其作用比碳及其他合金元素强，氮减少奥氏体密排面上不全位错，限制了含间隙杂质原子团的Splintered位错运动；掺杂氮同样可以提高耐腐蚀性能，特别是耐局部腐蚀、如晶间腐蚀、点腐蚀和缝隙腐蚀。氮作为合金化元素使用最早报道于1938年。由于钢铁冶炼条件的限制。在常压下能加入的氮浓度比较低，因此作用不明显。随着加压冶金技术的发展，氮作为强烈间隙元素，以廉价、易得等特点再次引起人们的注意。仅从1988年到1995年，高氮钢的国际性会议便召开了6次。日前高氮钢的研究在俄罗斯、瑞典、德国、法国和日本等国家迅速发展，给材料学科提供了更加广阔的天地。但是含氮奥氏体钢有三类微观组织稳定性问题，首先，高温加热过程中可能会有铁素体存在；其次，中温阶段，在一定的温度和时间条件下，氮化物可能会在奥氏体晶界处析出；在低温阶段，奥氏体也有转变成马氏体的可能性。这些转变最终导致奥氏体钢中的微观组织发生变化，严重影响了抗腐蚀、力学、无磁等性能，因此引起了学术界和工业界的广泛关注。

对于以上提到的问题，可以采用实验的方法来进行测定，即生产出材料，然后进行测试，但是这样的方法耗时、费力、成本高。也可以采用材料计算学的方法，在大量数据积累和计算机的辅助下，开发计算公式，其优点是成本低、适用合金成分范围广。目前，材料计算领域得到了广泛的重视，许多专利也涉及该领域，例如，专利号为“CN 1527935A”所公开的“耐候性钢的腐蚀量预测方法”，它利用外因性腐蚀信息和内因性腐蚀信息计算耐候性钢的预测腐蚀量；专利号为“CN 1963501A”所公开的“高聚物等温结晶动力学参数的预测方法”，它利用Monte Carlo方法和元胞自动机相结合的方法推导出高聚物的等温结晶过程；专利号为“CN 1431060”所公开的“一种热轧过程带钢组织演变与性能预测的方法”，它能够输入前处理、加热、轧制等参数，从而得到带钢的组织和性能预测结果；专利号为“CN101168797”所公开的“一种优质碳钢材在线预测与控制组织索氏体化方法”，它根据材料化学成分以及加工参数，对材料的索氏体组织的比例进行预测，并通过后续处理进行控制。由此可见，建立数理模型进行计算在新材料开发和工艺控制等方面的应用不断地在扩大。但是，在含氮奥氏体领域，还未见微观组织预测方法的报道。因此，在本发明中，申请人针对含氮奥氏体钢在高温、中温及低温的组织演化规律进行了研究，开发建立了微观组织预测的计算公式。这些公式可以极大地降低新材料、新工艺开发的成本，可以对工程实际提供指导。

发明内容

本发明的目的是提供一种预测含氮奥氏体钢微观组织结构的方法。该方法可预测含氮奥氏体钢的微观组织结构，可以指导该类钢材的开发，解决该类钢材在开发过程中的高成本问题。本发明可以应用在含氮奥氏体钢的性能预测领域。

本发明涉及含氮奥氏体不锈钢的微观组织预测方法，包括输入模块、计算模块和输出模块组成，其中计算模块包括高温δ相体积分数计算模块、氮化物(Cr₂N)在中温阶段等温处理时的晶界析出计算模块和低温ε和α马氏体的开始转变温度计算模块。其中，高温δ相的体积分数计算采用以下公式：

T_δ(℃)＝T₄-21.2[Cr]+15.8[Ni]-223

V_δ(％)＝0.715exp[0.015(T-T_δ)]