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晶粒细化对301LN奥氏体不锈钢管变形机理及力学机能的影响

宣布时候:2021-07-27 08:32:09 丨 阅读次数:


操纵相转化的道理,操纵冷轧将亚稳态奥氏体构造改变为应变马氏体,而后在差别的温度和时候下退火,取得均匀晶粒尺寸为500nm和22m的纳米晶/超细晶是能够的。不锈钢管。经由进程拉伸尝试取得301LN奥氏体不锈钢管的力学机能,当变形量为0.1时,经由进程TEM察看试样的显微构造,经由进程SEM察看断口外形特点。成果发明,301LN奥氏体不锈钢管的晶粒尺寸由粗细化为纳米/超细,屈就强度进步了2.3倍。低屈就强度的粗晶粒301LN奥氏体不锈钢管在塑性变形进程中履历TRIP效应以取得杰出的塑性。 TWIP 效应,即从差别变形机制取得的拉伸试样的粉碎,都是延性粉碎。变形机制从TRIP 效应到TWIP 效应的变更是因为晶粒细化致使奥氏体不变性光鲜较着增添。

奥氏体不锈钢管是不锈钢管中最首要的一种,其产量和花费量占不锈钢管总产量和花费量的70%摆布。奥氏体不锈钢管是一种很好的资料,具备杰出的高温机能、较强的耐侵蚀机能、杰出的塑性和延展性、较高的抗拉强度,是以被普遍利用于高温手艺、陆地工程、生归天学等行业。一]。布局件凡是具备机器机能请求,因为它们蒙受拉、压、曲折、改变和打击等各类载荷,并常常以过分变形、尺寸变更、断裂等情势生效。可是,这类奥氏体不锈钢管的屈就强度很低,极大地限定了其作为布局件的利用。跟着人类社会的疾速成长,对奥氏体不锈钢管的屈就强度机能提出了更高的请求,这已成为高强度高塑性奥氏体不锈钢管成长的鞭策力之一[2]。

加强办法有良多方式能够到达高强度。很多强化方式不能统筹强度和塑性,常常增添强度但大大下降塑性。细化颗粒不只能够光鲜较着进步强度,并且还能够使塑性根基坚持不变或坚持很小的水平。按照比来的一项研讨,应变引诱马氏体连系退火是一种细化奥氏体不锈钢管晶粒的有用方式[3-6]。冷变形将奥氏体改变为变形马氏体,而后经由进程退火使马氏体再结晶取得纳米晶/超细晶粒奥氏体,在尝试室中完成了杰出的强度和塑性婚配。奥氏体不锈钢管。这类高强度纳米晶/超细奥氏体不锈钢管能够经由进程细晶加强取得杰出的屈就强度,并且在变形进程中具备杰出的TRIP(变形引诱塑性)效应或TWIP(环绕纠缠引诱塑性)效应。可塑性[7] 显现出杰出的机能上风。奥氏体不锈钢管的变形机理对其力学机能有很是首要的影响。但是,国际外对奥氏体钢经由进程晶粒细化的变形机制研讨较少,特别是晶粒细化为纳米晶/超细晶粒。

本文以301LN奥氏体不锈钢管为尝试资料,连系奥氏体不锈钢管的利用远景和国际奥氏体不锈钢管晶粒细化及变形机理的研讨近况,接纳逆向道理。外洋。经由进程冷轧和退火工艺取得改变的纳米晶/超细奥氏体不锈钢管,并在拉伸尝试中研讨了与粗奥氏体不锈钢管比拟的显微构造和力学机能的演化。

1 尝试资料与方式

尝试资料为普通301LN奥氏体不锈钢管,各合金元素比含量(品质分数)为0.017%C、0.52Si、1.29%Mn、17.3%Cr、6.5%Ni、0.15%Mo、0.15% . NS。实际公式[2]计较的堆垛层错能量为15.7 mJ/m2。将钢板在尝试室冷轧机中冷变形至77%应变,而后用热摹拟器退火,将钢板疾速加热至700和1000,别离保温100s和1s,而后敏捷冷却至室温。冷轧和退火工艺取得纳米晶/超细(NG/UFG)和粗晶(CG)奥氏体不锈钢管。用Navo400场发射扫描电镜(SEM)察看布局,用全能尝试机停止拉伸尝试,制备应变为0.1,拉伸速度0.004s-1的纳米晶/超细晶和粗晶样品;日立透射电子显微镜(TEM)察看应变为0.1的样品微观布局,并接纳JEOL-6300 FV扫描电子显微镜阐发拉伸断口描摹。

2 成果与阐发

2.1 奥氏体粒度散布

301LN奥氏体不锈钢管在差别温度和时候退火后的显微构造见如图1。 700-100秒处置后,马氏体完整逆转为奥氏体,奥氏体晶粒与冷变形进程中构成的板条状差别,几近呈等轴状(如图1 如图1(a))。同时,因为退火温度低,晶粒长大不较着,大局部晶粒很是藐小。但试样经1000处置后晶粒粗大,构造根基为粗大奥氏体晶粒,如如图1(b)所示。 700C退火构造中的晶粒大局部为纳米晶/超细晶,94%的晶粒尺寸小于1 m的晶粒均匀晶粒尺寸为500 nm,1000退火的布局C是粗奥氏体。均匀粒径为~22 m。

2.2 力学机能和变形行动

图2 显现了用于纳米晶/超细晶粒和粗晶粒301LN 奥氏体不锈钢管拉伸测试的工程应力工程应变曲线。纳米晶/超细晶粒301LN奥氏体不锈钢管的拉伸曲线具备较着的屈就平台,屈就强度高达939 MPa,抗拉强度和伸长率别离为1098 MPa和38.8%。杰出的强力塑料婚配。但预制301LN奥氏体不锈钢管的拉伸曲线不屈就平展度,跟着应变的不时增大,拉伸应力也随之增大,0.2%应变处的应力界说为屈就强度,约为410 MPa强度和伸长率别离为905 MPa 和54.2%。因为晶粒细化感化,外力引发的塑性变形能够分离成更多的晶粒,应力集合较小,位错起头活动所需的应力较高。晶界面积越大,位错活动遭到搅扰时的屈就强度越高[8]。 301LN奥氏体不锈钢管将晶粒细化为纳米晶/超微晶后,屈就强度可进步2.3倍。

塑性变形进程中布局的演化对资料机能起着决议性的感化。奥氏体不锈钢管在受外应力感化的亚稳态奥氏体中产生TRIP效应或TWIP效应,从而产生杰出的抗拉强度和高塑性[7]。利用透射电子显微镜,察看了应变率为0.1的纳米晶/超细颗粒和粒状301LN奥氏体不锈钢管的微观布局,并阐发了变形进程中微观布局的演化。图3(a) 显现了应变=0.1 时纳米晶/超微晶301LN 奥氏体不锈钢管的微观布局。能够看出,奥氏体晶粒中含有大批的层状断层,层状断层中构成了藐小的针状布局,图3。 3(b)中的衍射图证实该布局为FCC布局,微针状布局为变形孪晶。在粗晶301LN奥氏体不锈钢管中,在粗晶中发明了少许板条状构造,经由进程衍射图肯定为变形马氏体(见图3(c)和3(d))。另外,该样本具备大批的位错簇。 TEM 成果标明,TWIP 效应产生在纳米晶/超晶301LN 奥氏体不锈钢管变形进程中。在塑性变形进程中,很多位错在剪切应力的感化下沿滑动面挪动,当它们与妨碍物碰撞时,它们被牢固并引发梗塞和缠结。跟着应力的不时增添,位错变得难以再次滑移,晶体产生孪晶变形,致使布局中呈现孪晶。孪晶的构成改变了晶体的取向,进一步安慰了滑动,使资料表现出更好的可塑性[9];同时,应变孪晶有用地割裂奥氏体晶粒并充任亚晶界。避免滑倒。削减位错,产生应变软化效应并使资料具备高拉伸强度[10]。粗晶301LN奥氏体不锈钢管变形时产生变形马氏体。奥氏体在外力感化下产生塑性变形时,位错密度增大,位错穿插,致使滑移阻力大幅度增添,机器上这类景象愈来愈硬。在应力集合区,奥氏体变形构成马氏体,该地区的强度增添,应力集合转移到四周的软奥氏体上,这类变更提早了该地区的进一步变形,产生了均匀的延长率。在进步资料塑性的同时,资料在奥氏体改变为马氏体后的强度首要由抗拉强度高的马氏体决议[11]。是以,两组样品均具备杰出的拉伸强度和塑性。

2.3 裂痕范例

金属断裂后取得的重合断裂面称为断口。因为生效老是产生在布局最软弱的局部,生效形式已成为阐发资料机能的首要手腕。图4和图5别离显现了纳米晶/超细晶粒301LN奥氏体不锈钢管的拉伸粉碎形状。纳米晶/超细晶301LN奥氏体不锈钢管在拉伸粉碎时无较着颈缩,断口较平展,无较着升沉(见如图4(a))和断口笼盖的凹坑;同时,一些凹坑串连构成带状构造(如图4(b)箭头),高倍缩小显现凹坑类似等轴,直径小,深度大,在差别化物的环境下(图4(c)),凹坑的均匀直径和规范误差别离为401 nm 和132 nm。而粗晶301LN奥氏体不锈钢管断口处有较着的颈缩,断口处有轻细的升沉(如图5(a))。如图5(b))所示,凹坑底部无同化物,高倍形状显现断口类似等轴,凹坑大而浅(图5c),均匀直径和规范误差别离为982 nm 和620 nm。成果标明,拉伸粉碎是在差别变形机制下的延性粉碎[12,13]。

2.4 奥氏体不变性与变形机制

奥氏体不锈钢管的变形首要受堆垛层错能节制。当堆垛层错能小于15mJ/m2时,变形机制首要是TRIP,当堆垛缺点能在15mJ/m2和20mJ/m2之间时,TRIP和TWIP共存,当层错能为20mJ/m2时, TRIP 被TWIP 代替[14-16]。堆垛层错能首要受合金化学成份和温度的影响。当堆垛层错能为15.7 mJ/m2的301LN奥氏体不锈钢管[2,17]的晶粒尺寸从粗细化到纳米晶/超细时,变形机制从TRIP改变为TWIP。此时,变形机制的变更仅仅斟酌层错能是不够的,还须要斟酌奥氏体的不变性停止更具体的诠释。奥氏体的不变性取决于合金成份的变更。

同时,晶粒尺寸的变更对奥氏体的不变性有很是较着的影响。将奥氏体不锈钢管的晶粒细化成纳米晶/超细晶粒,光鲜较着进步奥氏体的不变性,将奥氏体晶粒改变为马氏体Md30(在30%真应变前提下),50%的奥氏体将响应的马氏体改变为-位点改变温度)和Ms(马氏体改变起头温度)将较着下降,奥氏体向马氏体改变所需的弹性应变能[18]和临界储能[11]急剧增添。这使得构成变形马氏体变得极为坚苦。 Takaki等[17]按照奥氏体不锈钢管在深冷处置进程中的马氏体改变行动,推导出经历方程,计较出各类尺寸奥氏体晶粒中马氏体形核所需的弹性变形能,如式(1)所示。做过。

Ev=1276.1 (x/d)2+ 562.6 (x/d) (1) 此中Ev 是单元体积奥氏体马氏体形核所需的弹性变形能,x 是马氏体板条的厚度,D 是奥氏体奈特粒度。马氏体板条厚度为200 nm的各类尺寸奥氏体中马氏体形核所需的弹性应变能计较如如图6所示。奥氏体晶粒尺寸为22m时,Ev约为6MJ/m3,奥氏体晶粒细化至500nm时,Ev约为429MJ/m3。是以,纳米晶/超细奥氏体不锈钢管中马氏体形核所需的Ev约为粗相变所需的71.5倍。奥氏体不锈钢管纳米晶/超细晶中很难构成应变马氏体,在高应力/应变前提下布局改变为应变孪晶。是以,晶粒由粗晶粒细化为纳米/超细晶粒,奥氏体不锈钢管的变形机制也由TRIP机制改变为TWIP机制。

3 论断

(1)301LN奥氏体不锈钢管晶粒尺寸由粗晶粒细化为纳米晶/超细晶粒,屈就强度进步2.3倍。

(2) 粗晶301LN低屈就强度奥氏体不锈钢管在塑性变形进程中承受TRIP效应以取得杰出的抗拉强度和塑性,而高屈就强度的纳米晶/超细晶301LN奥氏体不锈钢管则承受TWIP效应拉伸它有杰出的强度和塑性。

(3)TRIP向TWIP改变机制的变更是因为晶粒细化使奥氏体不变性大幅度进步。


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