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    2507雙相不銹鋼在高溫軋制變形量與力學性能之間關系
    發布者: 發布時間:2019/12/29 閱讀:928

      浙江宏盛特鋼有限公司技術人員,通過研究2507雙相不銹鋼在1000℃下不同軋制變形量的拉伸工程應力-應變曲線發現為不同軋制變形量后材料抗拉強度以及相應屈服強度的變化趨勢。從圖可以看出,材料的抗拉強度隨軋制變形量的增加而增加。軋制變形量為40、60和80%的抗拉強度分別為533、577和582 MPa。隨著變形量的增加屈服強度也是增加的,軋制變形量為40、60和80%的屈服強度分別為232、284和456 MPa。軋制變形量為40、60和80%的延伸率分別為12.5、11.1和11.5%。延伸率隨軋制變形量的增加有所下降。從上述分析可知,軋制后材料硬度,抗拉強度和屈服強度都隨軋制變形量的增加而增加,延伸率隨變形量的增加稍有下降。

     

      圖為2507雙相不銹鋼在1000℃下不同軋制變形量下的低倍和高倍斷口SEM圖,可以看到40%軋制量時,在低倍SEM照片上可以看到河流狀花樣和細小的韌窩,在放大圖上可以清晰的觀察到有大的韌窩和小的韌窩,也有少量的解理面,結合材料的拉伸應力應變曲線,可以知道材料為韌-脆混合型斷裂,以韌性斷裂為主。60%軋制量時,在低倍下可以看到主要由解理面區域和韌窩區域構成,材料的韌性斷裂區和脆性斷裂區分布不均勻,在高倍下可以看到材料在解理面區域內只有少量的韌窩存在,材料為韌-脆混合型斷裂。變形量為80%時,材料的斷口形貌主要由解理面構成,只有少量的韌窩存在,材料的斷裂方式為韌-脆混合型斷裂。在不同變形軋制量下材料的斷裂都是韌-脆混合型斷裂,但隨著軋制變形量的增加,脆性斷裂的所占的比例逐漸提高。


     
       2507雙相不銹鋼材料在1000℃下不同變形量軋制時,主要由鐵素體相和奧氏體相組成,隨軋制變形量的增加,奧氏體體積分數先基本保持不變,后急劇減少。這主要是由于在500~1600℃的范圍對不銹鋼進行熱加工時,會發生奧氏體向鐵素體的轉變。因為在軋制過程中奧氏體的晶界和奧氏體/鐵素體相界處都可以作為鐵素體的形核點,雙相不銹鋼由奧氏體和鐵素體兩相組成,在鑄態時,基本有1:1的相比例,奧氏體和鐵素體相界面多,隨著變形量的增大,晶粒破碎后相界面增多,形核位置也隨之增加,因此隨著軋制變形量大的增加,奧氏體體積分數減少,鐵素體體積分數增大,實驗觀察到的結果是奧氏體的體積分數分別為48%、49%和27%,這和實驗結果相吻合。也和其他文獻的報道相一致。

     

       在1000℃下軋制后,材料的組織明顯比鑄態的更加致密,在SEM組織照片中沒有觀察到微小孔洞,奧氏體沿軋制方向被拉長。微納結構2507雙相不銹鋼在1000℃下軋制變形量為40%、60%和80%時,由于在再結晶溫度以上加工變形時,軋制過程中加工硬化與高溫動態軟化同時進行,兩者作用相抵消,不顯示硬化效果。根據文獻報道,在鐵素體中同時存在動態回復和連續的動態再結晶,而奧氏體中只存在不連續的動態再結晶。軋制變形后組織中的氣孔、疏松等缺陷消失,偏析部分消除,粗大的晶粒變為細小均勻的等軸晶,夾雜物或脆性相的形態及分布得以改善,提高了材料的致密度,使材料的力學性能相比于鑄態得到顯著提高。為了進一步研究微納結構對力學性能的影響,利用透射電鏡拍攝的不同變形量的明場像、暗場像和選區電子衍射花樣,從圖可以看到選區電子衍射花樣為一系列的圓環,分別為鐵素體和奧氏體,還有一些分散的不連續的衍射斑點,這說明合金主要由鐵素體相和奧氏體相組成,組織中含有納米晶顆粒及細小的微米晶顆粒。結合暗場相,可以看到在明場相中,白色的區域為微米晶,黑色小塊及灰色區域為納米晶。通過Image Pro Plus軟件統計10張暗場相中的納米晶,計算得到軋制變形量為30、50和70%時,對應的納米晶的平均體積分數分別17.1、8.2和4%,平均晶粒尺寸分別為19.2、32和23.2 nm,變化趨勢如圖所示。相比于鑄態合金,在1000℃軋制后納米晶晶粒尺寸先減小后增大,再減小,納米晶晶粒尺寸的分布范圍逐漸縮小,晶粒大小逐漸趨于一致,且隨著軋制變形量的增加,納米晶顆粒分散變得更加的均勻。這主要是要由于軋制過程中既有外力作用下晶粒的破碎,也有在高溫下納米晶的長大。在軋制的早期,在外力作用下,大的晶粒破碎為小晶粒,晶粒尺寸減小。另外在外力作用下鐵素體和奧氏體相都要發生變形,由于多相滑移的作用,奧氏體通過位錯墻的連續細分而得到細化,晶粒尺寸減小。隨著軋制的進一步進行,亞晶粒旋轉,增加了一部分高角度晶粒邊界,最終導致奧氏體晶粒的晶粒尺寸進一步減小。變形量為50%時,由于伴隨有晶粒的破碎,且在高溫下停留時間較長,晶粒長大占主導趨勢,所以晶粒會有所長大。在變形量為70%時,由于大的變形量使晶粒破碎更明顯,納米晶晶粒尺寸減小。 納米晶體積分數隨著軋制變形量的增加一直減小,隨著變形量增加,出現大量的亞微米晶,這是由于在高溫下軋制,納米晶合并長大為亞微米晶的原因。隨著變形量增加,納米晶體積分數減少,亞微米晶體積分數增加,納米晶晶粒尺寸趨于一致且分散均勻,這些都使得材料的強度逐漸提升,延伸率基本不變。
     


       在1000℃不同變形量軋制后,材料的硬度逐漸提高,這和強度的變化基本保持一致,但根據硬度和強度的換算關系式發現,材料的實際抗拉強度遠低于硬度的估算值,這是主要由于鋁熱反應法制備的微納結構合金內部有一些孔洞,在1000℃軋制后雖然在SEM照片中沒有觀察到孔洞,但由于拉伸試樣尺寸小,難免在其中還存在一些孔洞,使得材料的實際強度低于測量強度。

     

        浙江宏盛特鋼有限公司主要探索鋁熱反應制備的2507雙相不銹鋼的開坯參數,將2507雙相不銹鋼在1000℃下不同變形量軋制,分析其組織和力學能,主要得出以下結論:

     1. 在1000℃下不同變形量軋制時沒有發生相變,材料由奧氏體和鐵素體兩相組成,結合SEM照片統計,在40%和60%變形量軋制時,都能得到奧氏體和鐵素體以1:1組成。在80%變形量軋制時,材料主要由73%的鐵素體相和27%的奧氏體組成。奧氏體晶粒尺寸隨軋制變形量增大而減小,鐵素體晶;颈3植蛔。

     2. 在1000℃下不同變形量軋制后,材料的組織更加的密實,在SEM組織照片中沒有觀察到微小孔洞。合金的元素分布基本均勻,在40%和60%變形量軋制時,有少量碳化物析出,80%變形量軋制時,有少量富鉻相區域。

     3. 隨著軋制變形量增加,材料的抗拉強度分別為533、577和582 MPa,延伸率分別為12.5、11.1和11.5%。隨著軋制變形量的增加,材料的強度增加,延伸率有所下降。斷口分析表明材料是韌脆混合斷裂,隨著變形量的增大,脆性斷裂的比例逐漸增大。

     4. 結合1000℃下不同變形量軋制后的組織及力學性能,參考課題組前期304不銹鋼等軋制工藝,確定1000℃下變形量40%為開坯工藝,主要是因為在這一條件下,材料相比例接近1:1,微觀組織密實,奧氏體和鐵素體晶粒尺寸都在納米晶范圍內,且材料的厚度較厚,有利于后續加工。

     

     

     
     

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