Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Najafi-zadeh,Ahmad KermanPour
عباس نجفی زاده (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Soroush Saeedi poor
سروش سعیدی پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Effect of Nitrogen Addition on Fabrication of Ultrafine/Nano Grained AISI 201L Stainless Steel by Advanced Thermo-mechanical Process
Nitrogen-alloyed austenitic stainless steels are new materials that have favorite mechanical properties such as high strength and ductility, desirable toughness and work hardening, good corrosion resistance. All of these features are of great importance for sea water systems, automobile and nuclear industries. It is well confirmed that such high efficiency results from the role of N in solid solution. Nitrogen is known as an austenite stabilizer, solid solution strengthener and it improves pitting corrosion resistance, fracture toughness, creep and fatigue strength. The advanced thermo-mechanical process that is based on the SIM transformation, is nowadays one of the main methods for producing nano/ultra?ne-grained austenitic stainless steels. This method involves cold rolling followed by reversion annealing of the SIM to austenite. The 200 series austenitic stainless steel due to having thermodynamically metastable austenite at room temperature can be transformed to martensite below the M d temperature. The purpose of the present study is to investigate the effects of nitrogen addition on fabrication of ultrafine/nano grained AISI 201L stainless steel by advanced thermo-mechanical process. To this end, cast samples were first homogenized at 1200 °C for 4 h, then hot-rolled at 1100 °C and finally solution-annealed at 1150 °C for 2.5 h to acquire a suitable microstructure for the subsequent thermomechanical treatment. Unidirectional and cross multi-pass cold rolling at 25, 0 and -15 ?C with a strain rates of 0.1- 0.7 s-1 was carried out to 90% reduction in thickness, followed by annealing at temperature range of 700–900 ?C for different times of 15–1800 s. Microstructures were characterized by optical and scanning electron microscopy, field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction and feritscope measurements. Mechanical properties of the final products were examined by hardness and shear punch tests. The results showed that increasing nitrogen reduced delta ferrite and austenite grain size after solution annealing. It was found that Increasing nitrogen, strain, strain rate, initial austenite grain size, decreasing rolling temperature, and the use of cross rolling resulted in an increased volume fraction of the SIM and reduced ? s during cold rolling. The increase in hardness, yield and ultimate shear strength and decrease in elongation with increasing nitrogen concentration was observed to continue up to 0.35%wt N. The results showed that with increasing nitrogen concentration a bimodal grain size distribution appeared after annealing the 90% cold rolled specimens at 800 ?C for 60 s. Keywords: Advanced Thermomechanical Treatment, Stainless Steel, Nitrogen, Cold Working, Reversion Annealing
فولادهای زنگ نزن آستنیتی حاوی نیتروژن گروهی از مواد جدید به شمار می‌آیند 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 سازه‌های دریایی، صنایع خودرو سازی و تجهیزات هسته‌ای 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 می‌شود. این عنصر همچنین مقاومت به خوردگی حفره‌ای، تافنس شکست و استحکام خستگی و خزشی را بهبود می‌بخشد. امروزه فرایند ترمومکانیکی پیشرفته که بر پایه استحاله مارتنزیت ناشی از کرنش است، یکی از مهم‌ترین روش‌ها برای تولید فولادهای زنگ نزن آستنیتی نانو/فوق ریزدانه به شمار می‌آید. این فرایند شامل نورد سرد و سپس آنیل بازگشتی مارتنزیت ناشی از کرنش به آستنیت می‌شود. 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 M d 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 نمونه‌هایی 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 نمونه‌ها در دماهای 25، صفر و 15- درجه سانتی‌گراد و نرخ کرنش‌های -1 7/0 -1/0 به میزان 90% انجام شد. عملیات آنیل بازگشتی نیز در گستره‌ی 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 نمونه‌ها 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. یافته‌های 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. بررسی‌های ریز ساختاری نمونه‌های 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. کلمات کلیدی: فرایند ترمومکانیکی پیشرفته، فولاد زنگ نزن، نیتروژن، نورد سرد، آنیل بازگشتی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی