ارزیابی تأثیر نیوبیم بر ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد زنگ نزن آستنیتی aisi 301 فوق ریزدانه/نانوساختار شده توسط فرایند مارتنزیت

حصول به فولاد فوق ریزدانه/ نانو ساختار از طریق ایجاد مارتنزیت ناشی از کرنش و در ادامه بازگشت آن در فولادهای شبه پایدار آستنیتی اصطلاحاً فرایند مارتنزیت گفته می شود. اما مسئله افت انعطاف پذیری در اندازه دانه های بسیار ریز سبب ایجاد محدودیت در کاربرد این گونه مواد شده است. جهت بهبود همزمان استحکام و انعطاف پذیری در اندازه دانه های بسیار ریز می توان از فرایند رسوب سختی توسط نانورسوبات عناصر میکروآلیاژی نظیر نیوبیم استفاده کرد. در پژوهش حاضر ابتدا اثر متغیرهای نورد سرد و آنیل بازگشتی بر ریزساختار فولاد زنگ نزن آستنیتی aisi 301 حاوی نیوبیم بررسی شد. سپس به ارزیابی تأثیر عنصر نیوبیم بر بازگشت و خواص مکانیکی آن پرداخته شد. بدین منظور پس از ریخته گری فولاد در کوره القایی و قالب فلزی، نمونه ها در دمای ?c1200 به مدت 10 ساعت همگن شدند. سپس در محدوده دمایی 1000 تا ?c1200 تحت عملیات فورج داغ قرار گرفتند. جهت حذف فازهای ثانویه، نمونه ها به مدت 6 ساعت در ?c1200 آنیل انحلالی شدند. به منظور تولید فولاد فوق ریزدانه/ نانو ساختار، از نورد سرد تا میزان کاهش ضخامت 90% و آنیل بازگشتی استفاده شد. نورد سرد در دماهای صفر و 25 درجه سانتی گراد و آنیل بازگشتی در محدوده دمایی 700 تا ?c900 به مدت 10 تا 1800 ثانیه انجام شد. ریزساختار و خواص مکانیکی آنها توسط میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem)، پراش پرتو ایکس (xrd)، فریتوسکوپ و دستگاه میکروسختی سنج و آزمون کشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با انجام عملیات همگن سازی، فورج داغ و آنیل انحلالی درصد فاز فریت دلتا از 8/6 در حالت ریختگی به ترتیب به 5/3، 51/0 و 12/0 کاهش یافت و اندازه دانه پس از 6 ساعت آنیل انحلالی در ?c1200 به ?m 200 رسید. بررسی دقیق توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز eds وجود ذرات کاربید کروم را در مرز دانه های نمونه ی فورج داغ شده تأیید کرد که پس از عملیات آنیل انحلالی تجزیه شدند. با افزایش درصد کاهش ضخامت، کاهش دمای نورد و انجام نورد دوجهته کسر حجمی مارتنزیت افزایش و کرنش اشباع کاهش پیدا می کند. همچنین با افزایش دما و زمان آنیل درصد بازگشت آستنیت از مارتنزیت افزایش می یابد. بیشترین بازگشت در نمونه ی آنیل شده در دمای ?c850 به مدت 300 ثانیه به دست آمد. اندازه دانه در این حالت nm 19 ± 130 بود که استحکام کششی، درصد ازدیاد طول و سختی آن به ترتیب mpa 1012، 46%، 313 ویکرز به دست آمد. نورد در دمای صفر درجه سانتی گراد و سپس آنیل در ?c850 به مدت 300 ثانیه باعث حصول به اندازه دانه ی nm 8 ± 90 شد. انجام عملیات نورد سرد تا کاهش ضخامت 90%، افزایش استحکام کششی از mpa751 در حالت آنیل شده به mpa1983 و کاهش شدید انعطاف پذیری از 68% به 8/0% را به همراه داشت که با افزایش دما و زمان آنیل استحکام کششی کاهش و درصد ازدیاد طول افزایش یافت. همچنین تأخیر در فرایند بازگشت فولاد حاضر نسبت به فولاد 301 فاقد نیوبیم به حضور نیوبیم در محلول جامد و بهبود خواص مکانیکی به وجود ذرات کاربید نیوبیم و ایجاد مارتنزیت ناشی از کرنش در حین آزمون کشش نسبت داده شد.