Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Najafi-zadeh,Ahmad KermanPour
عباس نجفي زاده (استاد راهنما) احمد کرمانپور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Soroush Saeedi poor
سروش سعيدي 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
چکيده فولادهاي زنگ نزن آستنيتي حاوي نيتروژن گروهي از مواد جديد به شمار مي‌آيند که خواص مطلوبي از جمله استحکام و انعطاف پذيري مناسب، تافنس و کار سختي قابل قبول و مقاومت به خوردگي بالا را دارا هستند. دارا بودن چنين خواصي اين مواد را براي بکارگيري در سازه‌هاي دريايي، صنايع خودرو سازي و تجهيزات هسته‌اي مناسب ساخته است. تحقيقات گوناگون نشان داده است که چنين کارايي بالايي از نقش نيتروژن در محلول جامد حاصل مي شود. نيتروژن به عنوان يک پايدار کننده آستنيت و استحکام دهنده محلول جامد شناخته مي‌شود. اين عنصر همچنين مقاومت به خوردگي حفره‌اي، تافنس شکست و استحکام خستگي و خزشي را بهبود مي‌بخشد. امروزه فرايند ترمومکانيکي پيشرفته که بر پايه استحاله مارتنزيت ناشي از کرنش است، يکي از مهم‌ترين روش‌ها براي توليد فولادهاي زنگ نزن آستنيتي نانو/فوق ريزدانه به شمار مي‌آيد. اين فرايند شامل نورد سرد و سپس آنيل بازگشتي مارتنزيت ناشي از کرنش به آستنيت مي‌شود. در اين ميان فولادهاي زنگ نزن سري 200 به دليل دارا بودن آستنيت شبه پايدار در دماي اتاق قابليت تبديل به مارتنزيت در زير دماي M d را دارند. در اين پژوهش به کمک عمليات ترمومکانيکي پيشرفته مارتنزيت، اندازه دانه در فولاد زنگ نزن آستنيتي شبه پايدار L201 حاوي مقادير مختلف نيتروژن به محدوده زير ميکرون و نانو رسانده شد و تأثير مقدار نيتروژن در اين فرايند مورد بررسي قرار گرفت. در اين راستا پس از ريخته گري نمونه‌هايي با ميزان نيتروژن 08/0 تا 35/0% وزني، عمليات همگن سازي در دماي ?C 1200 به مدت 4 ساعت، نورد داغ در دماي ?C 1100 و سپس آنيل انحلالي در دماي ?C 1150 به مدت 150 دقيقه بر روي نمونه ها صورت گرفت. در ادامه به منظور توليد فولاد فوق ريز دانه/ نانوساختار نورد سرد نمونه‌ها در دماهاي 25، صفر و 15- درجه سانتي‌گراد و نرخ کرنش‌هاي -1 7/0 -1/0 به ميزان 90% انجام شد. عمليات آنيل بازگشتي نيز در گستره‌ي دمايي ? C 900-700 به مدت زمان 1800-15 ثانيه صورت گرفت. در اين تحقيق تغييرات فازي از طريق آناليز پراش پرتو ايکس (XRD) و آزمون فريتوسکوپي و تغييرات ريز ساختاري به وسيله ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) و ميکروسکوپ الکتروني روبشي نشر ميداني (FESEM) مورد بررسي قرار گرفت. خواص مکانيکي نمونه‌ها توسط آزمون سختي و آزمون استحکام برشي تعيين شد. نتايج نشان داد که افزودن نيتروژن باعث کاهش ميزان فريت دلتاي موجود در ساختار و همچنين موجب کاهش اندازه دانه آستنيت پس از عمليات آنيل انحلالي گرديد. يافته‌هاي حاصله از نورد سرد نشان داد که با کاهش ميزان نيتروژن، افزايش اندازه دانه آستنيت اوليه، افزايش نرخ کرنش، کاهش دماي نورد سرد و استفاده از نورد متقاطع به جاي نورد متداول ميزان استحاله مارتنزيت ناشي از کرنش افزايش مي يابد. بررسي‌هاي ريز ساختاري نمونه‌هاي آنيل شده در دماي C° 800 به مدت 60 ثانيه نشان داد که با افزايش ميزان نيتروژن توزيع اندازه دانه ها از حالت تک اندازه اي به حالت دو اندازه اي تغيير مي يابد. ارزيابي خواص مکانيکي نشان داد که با افزايش نيتروژن تا 35/0% وزني سختي، استحکام برشي تسليم و استحکام برشي نهايي نمونه هاي مورد نظر افزايش يافته و از افزايش طول آن ها کاسته مي شود. کلمات کليدي: فرايند ترمومکانيکي پيشرفته، فولاد زنگ نزن، نيتروژن، نورد سرد، آنيل بازگشتي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی