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1、奧氏體不銹鋼在熱變形加工過(guò)程中塑性較低,容易產(chǎn)生裂紋,本文針對(duì)兩種低鎳奧氏體不銹鋼Cr17Mn6Ni4Cu2N和Cr15Mn9Cu2NiN,首先研究了其微觀(guān)組織,然后分別利用高溫拉伸試驗(yàn)、模擬熱軋?jiān)囼?yàn)及熔煉凝固試驗(yàn),研究了變形溫度、應(yīng)變速率、變形方式及化學(xué)成分對(duì)熱塑性的影響,結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)熱變形開(kāi)裂的機(jī)理進(jìn)行了討論分析,提出了防止熱變形開(kāi)裂的措施,并將提出的措施應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行驗(yàn)證。
在Cr17Mn6Ni4Cu2
2、N鑄坯殼層,其組織為樹(shù)枝狀δ鐵素體分布在柱狀?yuàn)W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(gè)鑄坯的凝固模式為FA模式。在Cr15Mn9Cu2NiN殼層,當(dāng)距表面距離小于27.5 mm時(shí),微觀(guān)組織由樹(shù)枝狀δ鐵素體、通道狀?yuàn)W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(shí),殼層組織由樹(shù)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(cè)定了不同微觀(guān)組織具有的熱塑性。
對(duì)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(rèn)為,正是由于鑄態(tài)組織及其變形特性使得其在熱變形過(guò)程中容易開(kāi)裂,并且發(fā)現(xiàn)熱變形中的開(kāi)裂與焊接中的失塑裂紋具有相同的特點(diǎn),屬于同一機(jī)制。提出了熱變形加工過(guò)程中失塑溫度區(qū)間的概念,即容易開(kāi)裂的溫度區(qū)間。分析得出在應(yīng)變速率為0.
4、1 s-1時(shí),微觀(guān)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(yīng)變速率對(duì)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(yīng)變速率時(shí),1#和3#組織的熱塑性較高,提高應(yīng)變速率會(huì)降低其熱塑性,并導(dǎo)致裂紋形核位置由鐵素體樹(shù)枝晶處轉(zhuǎn)移至奧氏體晶界處。在2#組織中,提高應(yīng)變速率會(huì)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(yīng)變速率時(shí),鐵素體和奧氏體的強(qiáng)度均會(huì)升高,使得它們之間的強(qiáng)度差別減小,降低了鐵素體處的應(yīng)力集中,導(dǎo)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(jìn)而導(dǎo)致裂紋形核位置的改變。將變形過(guò)程的應(yīng)變速率由0.1提高至10 s-1,會(huì)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(yīng)變速率為別1和10 s-1時(shí)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(guò)模擬熱軋?jiān)囼?yàn)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(kāi)裂應(yīng)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(kāi)裂。這與通過(guò)拉伸試驗(yàn)得到的結(jié)果是相同的。
根據(jù)以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了熱變形開(kāi)裂的機(jī)理。鑄態(tài)奧氏體不銹鋼在熱變形過(guò)程中容易開(kāi)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(guò)程中隨著變形溫度的降低,屈服會(huì)迅速升高,導(dǎo)致各晶粒進(jìn)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(huì)導(dǎo)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(zhǎng),變形時(shí)一旦裂紋形核就會(huì)沿柱狀晶界迅速擴(kuò)展;奧氏體不銹鋼的堆垛層錯(cuò)能低,高溫變形時(shí)的軟化機(jī)制主要為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,當(dāng)鑄態(tài)奧氏體不銹鋼的變形量未達(dá)到再結(jié)晶所需的臨界變形量,同時(shí)動(dòng)態(tài)回復(fù)
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