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      軋制參數對微納結構2507雙相不銹鋼力學性能的影響
      發布者: 發布時間:2020/7/31 閱讀:437

       軋制是工業生產常用的加工方式,軋制后材料的力學性能除了受到材料自身的力學性能影響外,還由材料的軋制工藝參數所決定。軋制的過程受到很多因素的影響,其中以軋制溫度和變形量最為重要。在不同的溫度下,材料有不同的相組成,直接影響著材料的高溫塑性。且在不同的溫度下,材料有不同的流變應力,決定了材料的變形抗力。在不同的溫度下軋制,材料的軟化機制也有所不同,對軋制后材料的力學性能有很大的影響。


       
       軋制變形量也是對軋制后材料的組織和力學性能有重要影響,隨著軋制變形量的增大,制備的材料厚度更薄,晶粒拉長更加的明顯,材料的硬化能力也有所改變。而且對微納結構材料進行軋制時,軋制變形量對材料的組織有著顯著的影響,隨著軋制變形量的增大,組織中的亞微米晶奧氏體晶粒尺寸逐漸減小,組織細化并分布越來越均勻,最終反應在力學性能上,主要是強度的大幅提高,從而制備出高強度并同時具有高塑性的微納結構材料。因此很有必要研究軋制溫度和變形量對微納結構 2507雙相不銹鋼的影響。


       
       浙江宏盛特鋼有限公司利用鋁熱反應法制備了微納結構的304不銹鋼,在600℃不同變形量軋制,結果表明,隨著軋制變形量的增加,亞微晶奧氏體隨著軋制變形量增加破碎為納米晶。當軋制變形量為70%時,亞微晶全部分解為納米晶,鋼中微米晶奧氏體相分散較均勻,但晶粒尺寸較大。納米晶奧氏體增加到70 nm?估瓘姸葟850 MPa提高到965 MPa,屈服強度由652 MPa提高到837 MPa,伸長率由33%下降到19%,晶間腐蝕速率從1.36g/( m2 /h)下降到0.46g/(m2 /h)。強度和晶間腐蝕性能明顯提高。當軋制變形量為70%時,抗拉強度、屈服強度、伸長率和晶間腐蝕性能最好。


       
       根據之前的試驗結論,我們可以知道微納結構2507
      雙相不銹鋼在1000℃下40%變形量時,奧氏體和鐵素體相比例接近1:1,奧氏體晶粒和鐵素體晶粒均在納米晶范圍內,且材料的塑性較好。因此本章主要利用在1000℃下變形量為40%變形量軋制后的樣品,在800和600℃下以不同的變形量軋制,利用單向拉伸實驗、XRD,SEM和EPMA,研究軋制溫度對其力學性能的影響。


       
      一、實驗過程

       

       不銹鋼的軋制將1000℃下變形量為40%軋制后的樣品上下表面用砂紙打磨光亮。在電阻爐內加熱至800℃,然后在二輥熱冷軋機上以30、50和70%變形量軋制,相比于1000℃,材料的變形抗力增大,因此每次的壓下量調整為0.8 mm,其余參數和操作均與第三章相同。600℃下的軋制過程和800℃軋制過程完全一樣。


       
      二、實驗結果


       
       1. 800℃下不同變形量軋制的力學性能

       

        圖為微納結構2507雙相不銹鋼在800℃下不同軋制變形量的拉伸工程應力-應變曲線,圖)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先增加后減小。軋制變形量為30%、50%和70%的抗拉強度分別為574、912和817 MPa?估瓘姸入S著變形量的增加先增加后減小,軋制變形量為30%、50%和70%的屈服強度分別為555、523和711 MPa,屈服強度和抗拉強度隨著變形量的先減小后增加,當軋制變形量。軋制變形量為30%、50%和70%的延伸率分別為8.3、24.3和7.4%。延伸率隨軋制變形量的增加先增加后減小。


       
        圖為微納結構2507雙相不銹鋼在800℃下不同變形軋制量下的硬度變化。在800℃下經軋制變形為30%、50%和70%后的硬度分別為294、393和418 HV,軋制后材料硬度隨軋制變形量的增加而增加。


       
        圖是微納結構2507雙相不銹鋼在800℃下不同軋制變形量下的低倍和高倍斷口SEM圖,可以看到斷口表面大體形貌粗糙、不均勻、灰白色,可以看到試樣在30%軋制量時,試樣在宏觀上沒有明顯的塑性變形,在低倍SEM照片上可以看到大小不均勻,長度和寬度不一致的韌窩,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。50%軋制量時,試樣在宏觀上有明顯的頸縮變形,在低倍SEM照片上可以看到細小的韌窩和撕裂面,在放大圖上可以清晰的觀察到有大的韌窩和小的韌窩,斷口表面不平整,結合材料的拉伸應力應變曲線,可以知道材料為韌型斷裂。70%軋制量時,可以觀察到大量的大小不一致的韌窩,幾乎沒有解理面,為韌性斷裂。在不同變形軋制量下材料的斷口照片中都能觀察到大量的韌窩存在,解理面很少,除30%變形量為韌-脆混合型斷裂,50%和70%都為韌性斷裂。

       

        圖是微納結構2507雙相不銹鋼在800℃下不同變形軋制量下的XRD圖譜,30%和50%軋制后材料依然由鐵素體和奧氏體兩相組成,各峰的峰強基本保持不變,在70%軋制變形量后主要由鐵素體和奧氏體組成,還有少量的σ相。


       
        圖是微納結構2507雙相不銹鋼在800℃下不同變形軋制量下的EPMA圖譜,從背散射圖中可以看出合金由灰色和白色構成,由第三章的結果可知白色為奧氏體,灰白色為鐵素體。試樣在800℃下30%軋制時有鋁元素富集區,其他元素分布基本均勻。50%變形量軋制后鋁元素偏聚基本消失,70%變形量軋制后出現一些貧鐵富鉻區,結合XRD結果可知為σ析出相,且奧氏體體積分數增多。


       

       2. 600℃下不同變形量軋制的力學性能


       
        圖是微納結構2507雙相不銹鋼在600℃下不同變形量軋制的力學性能,圖為微納結構2507雙相不銹鋼在不同軋制變形量的拉伸工程應力-應變曲線,圖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,材料的強度提高,軋制變形量為30%、50%和70%的抗拉強度分別為726、863和971 MPa,隨著變形量的增加屈服強度也是增加的,軋制變形量為30%、50%和70%的屈服強度分別為508、511和712 MPa,軋制變形量為30%、50%和70%的延伸率分別為10.5、11.9和14.2%,延伸率隨軋制變形量的增加也增加。


       
        圖為微納結構2507雙相不銹鋼在1000℃下不同變形軋制量下的硬度變化。在600℃下經軋制變形為30%、50%和70%后的硬度分別為345、347和395 HV。硬度隨變形量的增加而增加,變化趨勢和材料的強度保持一致。

       

        圖是微納結構2507雙相不銹鋼在800℃下不同軋制變形量下的低倍和高倍斷口SEM圖,可以看到斷口表面大體形貌粗糙、分布不均勻、呈灰白色,可以看到30%軋制量時,試樣在宏觀上沒有明顯的塑性變形,在低倍SEM照片上可以看到少量韌窩,大量的河流花樣,高倍下可以觀察到有大小不一的韌窩,較多的解理面,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。50%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,斷口表面大體形貌粗糙、分布不均勻、呈灰白色,宏觀上沒有明顯的塑性變形,有少量的韌窩,大小不均勻,材料的韌性斷裂區和脆性斷裂區分布不均勻,在高倍下可以看到斷口形貌主要為河流狀花樣,有大量的解理面存在,只有極少部分的韌窩存在,結合材料的拉伸應力應變曲線,材料為韌-脆混合型斷裂。相比與50%的斷口形貌,70%軋制量時,低倍下的斷口形貌幾乎一致,在高倍下可以觀察到數量更多的韌窩,材料的韌性斷裂區和脆性斷裂區分布變得均勻,結合材料的拉伸應力應變曲線,材料為韌-脆混合型斷裂。600℃下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,韌性斷裂的所占的比例逐漸提高。


       
        圖是微納結構2507雙相不銹鋼在600℃下不同軋制變形量下的XRD圖譜,不同變形量軋制后材料依然由鐵素體和奧氏體兩相組成,各峰的峰強基本保持不變,在70%軋制變形量后奧氏體的峰強有所減弱,沒有出現σ析出相。


       
        圖是微納結構2507雙相不銹鋼在600℃下不同變形軋制量下的EPMA圖譜,從背散射圖中可以看出合金由灰色和白色構成,由第三章的結果可知白色為奧氏體,灰白色為鐵素體。試樣在600℃下不同變形量軋制時鋁元素有不同程度的富集,其他元素分布基本均勻。沒有發現貧鐵富鉻區,結合XRD結果可知沒有σ析出相。由BEI圖像上可以看到材料在600℃軋制后奧氏體和鐵素體都沿軋制方向拉長。其中50%變形量下奧氏體和鐵素體呈交替排列。
       

       
       

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