高溫塑性變形對2205雙相不銹鋼組織和性能的影響
雙相不銹鋼在高溫塑性變形時(shí),由于顯微組織中有鐵素體、奧氏體兩相的存在,變形時(shí)兩相的變形機(jī)制不同,使得試樣在發(fā)生高溫塑性變形時(shí)容易產(chǎn)生裂紋而報(bào)廢。浙江至德鋼業(yè)有限公司主要從雙相不銹鋼變形溫度、變形量、保溫時(shí)間等工藝參數(shù)的變化展開研究,分析變形后室溫下材料的材料力學(xué)性能和金相組織,以及用掃描電鏡及能譜儀分析各相的化學(xué)成分,用XRD分析相的組成,從而間接的反應(yīng)高溫塑性變形對雙相不銹鋼的組織和性能的影響。通過這些研究結(jié)論而得到的參數(shù)和規(guī)律,以便為實(shí)際生產(chǎn)提供可靠的理論依據(jù)。
一、 高溫塑性變形工藝的確定
雙相不銹鋼高溫塑性變形工藝流程為:鋸床下料→加熱→保溫→鐓餅成型→冷卻。
1. 選擇φ75mm的雙相不銹鋼鋼棒SAF2205下料,在鋸床上鋸為φ75mm×50mm的試樣,加熱前必須檢查材料的表面,若存在可見的裂縫、折疊、夾雜等缺陷,必須用剝?nèi)ネ馄せ蚱渌P除方法清除干凈才允許進(jìn)爐加熱;
2. 將試樣在箱式電阻爐中三段式加熱,從室溫到300℃緩慢加熱,300℃~1000℃快速加熱,1000℃到變形溫度緩慢加熱,避開不銹鋼的敏化溫度區(qū)間;
3. 鍛打采取先以較小變形量進(jìn)行輕打,待塑性提高后重?fù)粼瓌t。變形時(shí)毛坯應(yīng)圍繞其軸心線不斷轉(zhuǎn)動(dòng)使均勻變形。鍛打過程要勤卡勤量并用測溫槍嚴(yán)格掌握控制好變形溫度在規(guī)定的范圍內(nèi),變形示意圖如圖所示;
4. 試樣變形后采用水冷,抑制在冷卻過程中出現(xiàn)脆性相,避免其影響試樣的力學(xué)性能;
5. 將試樣用超聲波檢測儀進(jìn)行檢測。
二、塑性變形溫度對SAF2205雙相不銹鋼的組織和性能的影響
分別將試樣加熱到1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃,保溫2小時(shí),控制變形量為30%左右,用公司現(xiàn)有的560kg空氣錘進(jìn)行塑性變形,變形結(jié)束后水冷,在變形過程中要勤量試樣的尺寸,達(dá)到30%的變形量需要連續(xù)鍛打2道次,各道次的變形量及總變形量如表所示。在高溫塑性變形中,各道次變形量的控制很難非常準(zhǔn)確,一般都存在一定的偏差,尤其是變形量比較大時(shí),出現(xiàn)的偏差也較大,因此,本文以實(shí)測的變形量為準(zhǔn)。圖為560kg空氣錘經(jīng)過不同的變形溫度2道次鍛打的試樣,由圖可以看出,變形溫度為1050℃、1100℃、1150℃鍛打時(shí),試樣出現(xiàn)縱向裂紋,出現(xiàn)裂紋的原因可能為塑性變形溫度過低,變形抗力較大。進(jìn)一步增加變形溫度,當(dāng)變形溫度為1200℃、1250℃進(jìn)行塑性變形時(shí)依然出現(xiàn)縱向裂紋,但是裂紋比圖所示,這一現(xiàn)象解釋為提高變形溫度能夠降低變形抗力,有利于進(jìn)行塑性變形。
由公式可以得出,在應(yīng)變速率相同的條件下,即ε 不變時(shí),變形抗力σp隨溫度T的升高而下降,即當(dāng)變形溫度升高時(shí),塑性變形比較容易。然而在1200℃、1250℃進(jìn)行塑性變形時(shí)出現(xiàn)微小縱向裂紋的原因是在變形速率不變的情況下,可能是第一道次變形量過大造成的。調(diào)整變形方案,將空氣錘由560kg降為200kg后,再鍛打,當(dāng)變形溫度為1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃時(shí),保溫2h,控制總變形量為30%左右需要連續(xù)鍛打4道次,每道次的變形量及總變形量如表所示,鍛后水冷。如圖所示,變形溫度為1200℃、1250℃的試樣基本上未出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,然而其他變形溫度的試樣均有縱向裂紋出現(xiàn),說明降低變形量有助于雙相不銹鋼高溫塑性變形。所以,雙相不銹鋼在高溫塑性變形過程中當(dāng)變形速率不變時(shí),應(yīng)該嚴(yán)格控制好變形溫度和變形量。在經(jīng)過4道次的變形后,盡管每道次的變形量較小,但是在1050℃、1100℃、1150℃還是出現(xiàn)了縱向裂紋,說明即使經(jīng)過較小的變形量,在1050℃、1100℃、1150℃的溫度下也是不適合進(jìn)行塑性變形的,即雙相不銹鋼變形溫度區(qū)間較窄,在變形過程中必須嚴(yán)格控制。
在雙相不銹鋼中,由于雙相不銹鋼中鐵素體相和奧氏體相的結(jié)構(gòu)不同,鐵素體為體心立方結(jié)構(gòu),奧氏體為面心立方結(jié)構(gòu),高溫時(shí)兩相的變形機(jī)制也有差異,鐵素體變形時(shí)的軟化過程是靠應(yīng)變時(shí)的動(dòng)態(tài)回復(fù),相反,奧氏體不銹鋼的主要的軟化過程是當(dāng)應(yīng)變高于某個(gè)臨界值時(shí)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。由于兩相的軟化過程不同,熱加工時(shí)鐵素體δ-奧氏體γ兩相鋼中不均勻的應(yīng)力和應(yīng)變分布就容易導(dǎo)致在相界的裂紋成核和擴(kuò)展。因?yàn)殍F素體相的軟化過程先于奧氏體相,那么兩相鋼的熱塑性取決于奧氏體相的軟化能力。對于硬相γ和軟相δ并存的雙相材料,應(yīng)變傾向集中于軟相中,但是足以誘生再結(jié)晶的應(yīng)變轉(zhuǎn)移至奧氏體相中。高溫時(shí),鐵素體相較軟,奧氏體相較硬,在變形過程中應(yīng)變主要集中在鐵素體中,這樣在兩相之間就會(huì)產(chǎn)生變形的不協(xié)調(diào),所以很容易在相界產(chǎn)生微裂紋,最終導(dǎo)致在塑性變形過程中裂紋的出現(xiàn)。上述結(jié)果表明,在高溫塑性變形過程中,當(dāng)變形速率一定時(shí),升高變形溫度和降低第一道次變形量均有助于高溫塑性變形的發(fā)生。根據(jù)雙相不銹鋼在1000℃以下加熱保溫時(shí),雙相不銹鋼會(huì)析出脆性相,如σ相、χ相、Cr2N、M23C6,以及出現(xiàn)475脆性等等,如果在1000℃以下進(jìn)行塑性變形,不僅會(huì)造成試樣開裂,而且還會(huì)析出脆性相影響試樣的性能,所以變形溫度必須控制在1000℃以上。
本文標(biāo)簽:雙相不銹鋼
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