低鎳奧氏體不銹鋼熱變形過程中的塑性及開裂機理.pdf

1、奧氏體不銹鋼在熱變形加工過程中塑性較低，容易產(chǎn)生裂紋，本文針對兩種低鎳奧氏體不銹鋼Cr17Mn6Ni4Cu2N和Cr15Mn9Cu2NiN，首先研究了其微觀組織，然后分別利用高溫拉伸試驗、模擬熱軋試驗及熔煉凝固試驗，研究了變形溫度、應變速率、變形方式及化學成分對熱塑性的影響，結(jié)合上述實驗結(jié)果對熱變形開裂的機理進行了討論分析，提出了防止熱變形開裂的措施，并將提出的措施應用到實際的生產(chǎn)過程中進行驗證。
　　在Cr17Mn6Ni4Cu2

2、N鑄坯殼層，其組織為樹枝狀δ鐵素體分布在柱狀奧氏體晶粒內(nèi)部（1＃組織）;在芯部，δ鐵素體以條狀分布在奧氏體晶粒內(nèi)部及晶界上（2＃組織）;整個鑄坯的凝固模式為FA模式。在Cr15Mn9Cu2NiN殼層，當距表面距離小于27.5 mm時，微觀組織由樹枝狀δ鐵素體、通道狀奧氏體和奧氏體基體組成（3＃組織），凝固模式為FA和A模式共存。距離大于27.5 mm時，殼層組織由樹枝狀δ鐵素體和奧氏體基體組成;芯部為粗大的單相奧氏體柱狀晶（4＃組織）;

3、凝固模式為FA模式。并測定了不同微觀組織具有的熱塑性。
　　對比鑄態(tài)試樣及具有等軸晶組織的熱加工態(tài)試樣發(fā)現(xiàn)，在1000～1250℃內(nèi)，鑄態(tài)試樣的熱塑性隨變形溫度的降低迅速下降，而在熱加工態(tài)試樣中則是緩慢下降。分析認為，正是由于鑄態(tài)組織及其變形特性使得其在熱變形過程中容易開裂，并且發(fā)現(xiàn)熱變形中的開裂與焊接中的失塑裂紋具有相同的特點，屬于同一機制。提出了熱變形加工過程中失塑溫度區(qū)間的概念，即容易開裂的溫度區(qū)間。分析得出在應變速率為0.

4、1 s-1時，微觀組織的失塑傾向由低到高分別為1捍組織，3＃組織，4＃組織，2＃組織，兩種鋼的失塑溫度區(qū)間分別為850～1000℃和900～1250℃。
　　分析了應變速率對不同鑄態(tài)組織的熱塑性、裂紋形核位置及失塑溫度區(qū)間的影響。低應變速率時，1＃和3＃組織的熱塑性較高，提高應變速率會降低其熱塑性，并導致裂紋形核位置由鐵素體樹枝晶處轉(zhuǎn)移至奧氏體晶界處。在2＃組織中，提高應變速率會明顯提高其熱塑性，并使裂紋的形核位置由晶界鐵素體處變

5、為奧氏體晶界和晶界鐵素體處共存。高應變速率時，鐵素體和奧氏體的強度均會升高，使得它們之間的強度差別減小，降低了鐵素體處的應力集中，導致變形中的薄弱環(huán)節(jié)由鐵素體處轉(zhuǎn)至奧氏體晶界處，進而導致裂紋形核位置的改變。將變形過程的應變速率由0.1提高至10 s-1，會增大1＃和4＃組織的失塑溫度區(qū)間，使3＃組織的失塑溫度區(qū)間向低溫端平移50℃，減小2＃組織的失塑溫度區(qū)間。在Cr17Mn6Ni4Cu2N中，應變速率為別1和10 s-1時的失塑溫度區(qū)間

6、分別為950～1100℃和850～1250℃;而在Cr15Mn9Cu2NiN中，失塑溫度區(qū)間分別為850～900℃和850～1050℃。
　　通過模擬熱軋試驗發(fā)現(xiàn)，在950～1250℃內(nèi)，兩種鋼中均存在隨著變形溫度的降低臨界開裂應變量迅速下降的情況，且鑄態(tài)組織比經(jīng)歷再結(jié)晶的等軸晶組織更容易開裂。這與通過拉伸試驗得到的結(jié)果是相同的。
　　根據(jù)以上的實驗結(jié)果，提出了熱變形開裂的機理。鑄態(tài)奧氏體不銹鋼在熱變形過程中容易開裂，主要是

7、由于鑄態(tài)組織及其變形特性引起的。在鑄態(tài)組織中以粗大的柱狀晶為主，具有明顯的結(jié)晶取向性，在熱變形過程中隨著變形溫度的降低，屈服會迅速升高，導致各晶粒進行塑性變形及變形協(xié)調(diào)的能力變差，在較小的變形量下就會導致裂紋的形核;柱狀晶晶界中，小角度晶界比例高，且單條晶界較長，變形時一旦裂紋形核就會沿柱狀晶界迅速擴展;奧氏體不銹鋼的堆垛層錯能低，高溫變形時的軟化機制主要為動態(tài)再結(jié)晶，當鑄態(tài)奧氏體不銹鋼的變形量未達到再結(jié)晶所需的臨界變形量，同時動態(tài)回復