تأثیر افزودن نیتروژن بر فوق ریزدانه/نانو ساختار کردن فولاد زنگ نزن آستنیتی aisi 201l به روش ترمومکانیکی پیشرفته

فولادهای زنگ نزن آستنیتی حاوی نیتروژن گروهی از مواد جدید به شمار می آیند که خواص مطلوبی از جمله استحکام و انعطاف پذیری مناسب، تافنس و کار سختی قابل قبول و مقاومت به خوردگی بالا را دارا هستند. دارا بودن چنین خواصی این مواد را برای بکارگیری در سازه های دریایی، صنایع خودرو سازی و کاربردهای هسته ای مناسب ساخته است. تحقیقات گوناگون نشان داده است که چنین کارایی بالایی از نقش نیتروژن در محلول جامد حاصل می شود. نیتروژن به عنوان یک پایدار کننده آستنیت و استحکام دهنده محلول جامد شناخته می شود. این عنصر همچنین مقاومت به خوردگی حفره ای، تافنس شکست و استحکام خستگی و خزشی را بهبود می بخشد. امروزه فرایند ترمومکانیکی پیشرفته که بر پایه استحاله مارتنزیت ناشی از کرنش است، یکی از مهم ترین روش ها برای تولید فولادهای زنگ نزن آستنیتی نانو/فوق ریزدانه به شمار می آید. این فرایند شامل نورد سرد و سپس آنیل بازگشتی مارتنزیت ناشی از کرنش به آستنیت می شود. در این میان فولادهای زنگ نزن سری 200 به دلیل دارا بودن آستنیت شبه پایدار در دمای اتاق قابلیت تبدیل به مارتنزیت در زیر دمای md را دارند. در این پژوهش به کمک عملیات ترمومکانیکی پیشرفته مارتنزیت، اندازه دانه در فولاد زنگ نزن آستنیتی شبه پایدار l201 حاوی مقادیر مختلف نیتروژن به محدوده زیر میکرون و نانو رسانده شد و تأثیر مقدار نیتروژن در این فرایند مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا پس از ریخته گری نمونه هایی با میزان نیتروژن 08/0 تا 35/0% وزنی، عملیات همگن سازی در دمای ?c 1200 به مدت 4 ساعت، نورد داغ در دمای ?c 1100 و سپس آنیل انحلالی در دمای ?c 1150 به مدت 150 دقیقه بر روی نمونه ها صورت گرفت. در ادامه به منظور تولید فولاد فوق ریز دانه/ نانوساختار نورد سرد نمونه ها در دماهای 25، صفر و 15- درجه سانتی گراد و نرخ کرنش های s-1 7/0 -1/0 به میزان 90% انجام شد. عملیات آنیل بازگشتی نیز در گستره ی دمایی ?c 900-700 به مدت زمان 1800-15 ثانیه صورت گرفت. در این تحقیق تغییرات فازی از طریق آنالیز پراش پرتو ایکس (xrd) و آزمون فریتوسکوپی و تغییرات ریز ساختاری به وسیله میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (fesem) مورد بررسی قرار گرفت. خواص مکانیکی نمونه ها توسط آزمون سختی و آزمون استحکام برشی تعیین شد. نتایج نشان داد که افزودن نیتروژن باعث کاهش میزان فریت دلتای موجود در ساختار و همچنین موجب کاهش اندازه دانه آستنیت پس از عملیات آنیل انحلالی گردید. یافته های حاصله از نورد سرد نشان داد که با کاهش میزان نیتروژن، افزایش اندازه دانه آستنیت اولیه، افزایش نرخ کرنش، کاهش دمای نورد سرد و استفاده از نورد متقاطع به جای نورد متداول میزان استحاله مارتنزیت ناشی از کرنش افزایش می یابد. بررسی های ریز ساختاری نمونه های آنیل شده در دمای c° 800 به مدت 60 ثانیه نشان داد که با افزایش میزان نیتروژن توزیع اندازه دانه ها از حالت تک اندازه ای به حالت دو اندازه ای تغییر می یابد. ارزیابی خواص مکانیکی نشان داد که با افزایش نیتروژن تا 35/0% وزنی سختی، استحکام برشی تسلیم و استحکام برشی نهایی نمونه های مورد نظر افزایش یافته و از افزایش طول آن ها کاسته می شود.