中頻感應(yīng)加熱條件下雙相不銹鋼管如何保證鐵素體能夠充分再結(jié)晶
浙江至德鋼業(yè)有限公司根據(jù)多年對(duì)雙相不銹鋼材料性能研究結(jié)果,發(fā)現(xiàn)在中頻感應(yīng)加熱的條件下開發(fā)雙相鋼不銹管,為保證鐵素體能夠充分再結(jié)晶,臨界退火溫度應(yīng)在750℃左右。在此溫度下直接淬火,所得到的馬氏體的體積分?jǐn)?shù)在50%左右?;诿琢铱评碚摚芍谝欢ǖ鸟R氏體體積分?jǐn)?shù)下,改善雙相不銹鋼成形性能的途徑為:在保證鐵素體較高均勻應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)的前提下,提高鐵素體的強(qiáng)度或降低馬氏體的強(qiáng)度,提高馬氏體的均勻伸長(zhǎng)率,使馬氏體和鐵素體的強(qiáng)度越接近,則雙相鋼的均勻延伸率越高,可以有效的改善雙相鋼的成形性能。這是由于降低了二者的塑性不相容性,增加相界處萌生孔洞和孔洞聚集的難度,可推遲頸縮的產(chǎn)生,從而優(yōu)化成形性能。由此可知,通過中頻感應(yīng)加熱對(duì)雙相鋼不銹管進(jìn)行回火處理,控制馬氏體中的碳化物析出以及溶碳量,是優(yōu)化雙相鋼不銹管成形性能的有效途徑。
由至德鋼業(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,通過回火工藝可以對(duì)實(shí)驗(yàn)雙相不銹鋼管的成形性能起到明顯的優(yōu)化作用,最主要的因素就是回火對(duì)雙相鋼中馬氏體的形態(tài)和硬度的改變。在低溫回火時(shí),碳原子的擴(kuò)散能力有限,只能做短距離的遷移。由于板條馬氏體中存在大量的位錯(cuò),碳原子偏聚的位置大多傾向于位錯(cuò)線附近,形成碳的偏聚區(qū),降低了馬氏體的彈性畸變能。在馬氏體發(fā)生分解時(shí),偏聚區(qū)的碳原子發(fā)生有序化,并逐漸轉(zhuǎn)化為碳化物,由的過飽和固溶體中析出。隨著回火溫度的升高,馬氏體中的碳含量降低,馬氏體的硬度下降,從而使雙相不銹鋼的強(qiáng)度降低。
在200℃回火時(shí),碳原子的活動(dòng)能力仍較低,馬氏體的分解產(chǎn)物為馬氏體晶粒內(nèi)部的碳化物,并且不能依靠碳的擴(kuò)散來長(zhǎng)大。因此,馬氏體內(nèi)部產(chǎn)生了碳濃度的梯度,距離碳化物近的馬氏體區(qū)域?yàn)樨毺紖^(qū),而距離碳化物遠(yuǎn)的區(qū)域?yàn)楦惶紖^(qū),由圖中可觀察到馬氏體在距離碳化物較遠(yuǎn)的區(qū)域仍存在大量的位錯(cuò)。而隨著回火溫度的增加,碳原子可進(jìn)行長(zhǎng)距離的擴(kuò)散,碳化物長(zhǎng)大并逐漸彌散分布。所以,在回火溫度為300℃時(shí),組織中已基本觀察不到具有高密度位錯(cuò)的馬氏體板條。在回火溫度為400℃時(shí),馬氏體中內(nèi)部富碳區(qū)基本全部轉(zhuǎn)化為貧碳區(qū),其固溶碳原子也與鐵素體相差不多,因此,該條件下的雙相不銹鋼呈現(xiàn)的延伸率最高,而其強(qiáng)化也是通過碳化物釘扎位錯(cuò)來實(shí)現(xiàn)的,但由于碳化物的尺寸較大,故強(qiáng)化效果并不明顯。
在回火過程中,鐵素體內(nèi)部的位錯(cuò)首先是趨于有序化和平直化,隨著溫度的升高,其逐漸發(fā)生回復(fù)而消失。但是,部分由淬火體積收縮和馬氏體相變誘發(fā)的位錯(cuò)相互纏結(jié)形成的胞狀或網(wǎng)狀位錯(cuò)結(jié)構(gòu),很難通過回火消除。這些位錯(cuò)在變形的初期很難脫釘發(fā)生運(yùn)動(dòng),使雙相鋼在拉伸過程中出現(xiàn)了屈服平臺(tái),另外由于回火產(chǎn)生的碳化物的釘扎作用,也會(huì)導(dǎo)致屈服平臺(tái)的產(chǎn)生。所以,在回火溫度為300℃以上時(shí),實(shí)驗(yàn)鋼管的屈服強(qiáng)度增高,并且由于馬氏體的硬度下降,加工硬化能力也隨之降低。所以,為保證實(shí)驗(yàn)鋼管的連續(xù)屈服,需保證回火后仍存在一定量的可動(dòng)位錯(cuò),在通過中頻感應(yīng)加熱的工藝條件下,降低回火溫度和保溫時(shí)間。有文獻(xiàn)指出,馬氏體在回火過程中,碳化物的析出和馬氏體中碳濃度的降低的主要決定因素是回火溫度,保溫時(shí)間的影響不大,并且在中頻感應(yīng)快速加熱并保溫10秒的條件下,仍達(dá)到了通過回火優(yōu)化成形性能的目的。
在300℃回火時(shí),實(shí)驗(yàn)不銹鋼管的延伸率最低,這是由于產(chǎn)生了低溫回火脆性。主要是由于馬氏體分解時(shí),沿馬氏體板條界面析出斷續(xù)的薄殼狀碳化物,降低了晶界的斷裂強(qiáng)度,使之成為裂紋擴(kuò)展的路徑,從而導(dǎo)致了斷裂,在圖中便可明顯的觀察到這樣的碳化物的存在。在200℃時(shí)碳化物尺寸較小,在400℃時(shí)碳化物產(chǎn)生了聚集和球化,從而避免了脆化界面的生成,從而表現(xiàn)出較高的延伸率。此種回火脆性很難通過工藝消除,只能是在生產(chǎn)時(shí)盡量避過該工藝范圍。
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