通過調(diào)整熱變形和熱處理工藝參數(shù)，系統(tǒng)研究了含0.52%氮的Cr-Mn-Mo-N高氮奧氏體不銹鋼管的顯微組織與力學(xué)性能的關(guān)系。研究表明，析出氮化物對高氮奧氏體不銹鋼管塑性的破壞高于殘留鐵素體，熱變形組織對材料的影響大于殘留。鐵氧體。高氮不銹鋼管在1000~1050e溫度范圍內(nèi)軋制并冷卻至室溫后的組織為單一奧氏體，具有優(yōu)良的強(qiáng)度和韌性。采用合理的熱變形工藝，可直接軋制而無需后續(xù)熱處理，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、加工硬化率比固溶態(tài)高，屈強(qiáng)比低，延伸率基本不變. 氮奧氏體不銹鋼管。
高氮奧氏體不銹鋼管優(yōu)異的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐腐蝕性能使其成為一種具有非常廣闊應(yīng)用前景的新型鋼[1-2]。由于這類不銹鋼管加工硬化率高，通過適當(dāng)?shù)睦浼庸た梢詽M足不同強(qiáng)度等級的要求[3-4]。目前，對含氮高氮奧氏體不銹鋼管的冷變形行為進(jìn)行了很多研究[5-7]。熱處理具有材料成形和組織調(diào)整的雙重功能，組織形態(tài)對材料性能有顯著影響。因此，通過調(diào)整鍛造、軋制等熱變形加工工藝來控制材料的組織結(jié)構(gòu)對最終性能影響很大[8-9]。本文通過研究熱處理技術(shù)與材料的組織和力學(xué)性能之間的關(guān)系，為高氮奧氏體不銹鋼管的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用提供了有益的理論基礎(chǔ)。
1 實(shí)驗(yàn)方法
采用氮?dú)獗Ｗo(hù)感應(yīng)熔煉和氮?dú)獗Ｗo(hù)電渣重熔熔煉高氮奧氏體不銹鋼管試材，將鑄錠鍛造成多片（長@寬@厚）200mm@70mm@40mm鍛坯。取樣分析化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：C:0.04、Cr:18.57、Mn:15.56、Mo:2.46、N:0.52。鍛坯在1200e加熱2小時(shí)后，改變終軋溫度和冷卻方式，將鍛坯熱軋成12mm厚的板，鍛坯的實(shí)際軋制工藝如表1所示。
使用Leica MEF4A 數(shù)顯光學(xué)顯微鏡觀察軋制板縱剖面的金相組織。材料5進(jìn)行1100e/(2h)固溶熱處理，編號為HT。 5種工藝條件下沿厚板熱軋方向切割的狗骨型拉伸試樣，試樣平行截面尺寸為（長@寬@厚）:24mm@4mm@2mm，標(biāo)距為20mm，拉伸試驗(yàn)由SCHENCK進(jìn)行，采用-100kN電液伺服拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，拉伸速度為1mm/min。在拉伸試驗(yàn)過程中，同時(shí)記錄試樣的載荷-位移曲線，并測試屈服強(qiáng)度（Rp0.2）、拉伸強(qiáng)度（Rm）和伸長率（A）。計(jì)算荷載-位移曲線，得到工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。拉伸試驗(yàn)后，使用S-3400 掃描電子顯微鏡(SEM) 觀察拉伸破壞。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 熱變形過程與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系
圖1為高氮鋼實(shí)驗(yàn)材料在各種工藝條件下的金相組織。從圖中可以看出，精加工溫度和冷卻方式對材料的室溫結(jié)構(gòu)影響很大。 1號鋼具有少量帶狀鐵素體組織，奧氏體晶粒充分再結(jié)晶，孿晶精度很低（圖1（a））。 3號鋼由于精加工溫度高，再結(jié)晶進(jìn)行得快，雖然基本上是奧氏體等軸晶，但由于軋后水冷，阻止了再結(jié)晶的繼續(xù)，導(dǎo)致孿晶精度高（圖1（b）） ）。 ）。 4號鋼具有未完全再結(jié)晶的奧氏體組織，奧氏體晶粒形狀很不規(guī)則，晶粒內(nèi)部孿晶精度很高（圖1（c））。 5號鋼具有明顯的帶狀鐵素體組織（圖1（d））。固溶熱處理后，晶粒明顯粗化，組織為單一奧氏體（圖1（e））。
對比圖1 不同軋制工藝參數(shù)得到的不同顯微組織，可以看出隨著終軋溫度的降低，顯微組織的變形特性更加明顯，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)材料在熱變形過程中不能完全再結(jié)晶. 可以。文獻(xiàn)報(bào)道，高氮奧氏體不銹鋼管等堆垛缺陷能低的材料在熱變形過程中的恢復(fù)過程較慢，材料內(nèi)部的應(yīng)變儲存能量通過再結(jié)晶釋放。這也是圖1中存在孿生和滑移變形特性的主要原因。
2.2 熱變形過程對材料性能的影響
實(shí)驗(yàn)鋼經(jīng)過各種熱變形工藝和固溶熱處理后的力學(xué)性能見如圖2，1100e/(2h)固溶熱處理后的實(shí)驗(yàn)鋼用空心符號標(biāo)出。從圖中可以看出，五種工藝試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度均在500 MPa以上，延伸率均在55%以上，說明試驗(yàn)鋼表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。試驗(yàn)鋼的強(qiáng)度隨著終軋溫度的降低而增加，延伸率隨著終軋溫度的降低而變化。 1號鋼的強(qiáng)度和伸長率最低，隨著終軋溫度的降低，試驗(yàn)鋼的強(qiáng)度呈線性增加，伸長率顯著下降。固溶熱處理實(shí)驗(yàn)鋼的強(qiáng)度明顯低于熱軋鋼，但塑性非常高，延伸率達(dá)到72%。 3號鋼的屈服強(qiáng)度為560MPa，延伸率達(dá)到70%，固溶熱處理實(shí)驗(yàn)鋼的屈服屈服比均為0.6，1050e終軋制得的材料具有優(yōu)良的強(qiáng)度和韌性。無花果。結(jié)合1的顯微組織與熱變形過程關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，5號鋼的低延伸率與帶狀鐵素體組織和未完全再結(jié)晶的變形組織有關(guān)。 1號鋼的低延伸率應(yīng)該與能帶結(jié)構(gòu)和氮化物析出有關(guān)。這是因?yàn)楦叩獖W氏體不銹鋼管材在退火時(shí)會形成Cr2N析出相，熱變形促進(jìn)氮化物析出[11]。因此，1號鋼的低延伸率與少量Cr2N氮化物析出有關(guān)。圖3是不同織構(gòu)材料的拉伸破壞掃描圖，可以看出幾種實(shí)驗(yàn)鋼都是凹坑斷裂。對比圖中的斷裂模式，可以看出，1號鋼斷裂處的凹坑比3號、4號和5號鋼的凹坑小得多，而且淺得多。對于韌性材料，每個(gè)凹坑通常對應(yīng)一個(gè)裂紋源，說明1號鋼的裂紋源較多。但1號鋼試樣斷口未發(fā)現(xiàn)Cr2N氮化物顆粒，說明該類氮化物沒有生長，用掃描電鏡很難發(fā)現(xiàn)。但是可以看出，3號、4號、5號鋼的凹坑隨著凹坑越來越深、越來越寬，塑性非常好。根據(jù)圖1，比較1號鋼和5號鋼的力學(xué)性能，可以看出高氮奧氏體不銹鋼管中氮化物的析出是1號鋼塑性低的主要原因鋼。鋼，其余的熱變形組織是5號鋼強(qiáng)度高的主要原因。 3號鋼具有單一的奧氏體組織，具有足夠的再結(jié)晶性能，因此在強(qiáng)度與1號鋼基本相同時(shí)，塑性大大提高。 No.4強(qiáng)度為單一奧氏體組織，但應(yīng)變組織沒有被有效去除，孿晶密度高，因此強(qiáng)度高于No.1和No.3鋼，但塑性降低。在5號鋼中，在奧氏體晶粒中可以看到明顯的滑移、孿晶等變形性能，因此強(qiáng)度大大提高。
固溶熱處理后，完全再結(jié)晶完全消除了熱應(yīng)變結(jié)構(gòu)，降低了材料強(qiáng)度，增加了塑性。同時(shí)，對比圖1不同工藝條件下的顯微組織，可以明顯看出固溶熱處理后的奧氏體晶粒明顯粗于熱軋狀態(tài)，導(dǎo)致材料強(qiáng)度下降，可塑性。由于兩者的綜合作用，材料經(jīng)過固溶熱處理后強(qiáng)度大大降低，塑性略高于3號鋼。表2顯示了試驗(yàn)鋼的加工硬化率。
使用實(shí)際應(yīng)變曲線和西蒙斯[6]提出的方法，利用實(shí)際應(yīng)力和實(shí)際應(yīng)變計(jì)算公式[12])計(jì)算實(shí)驗(yàn)材料的實(shí)際應(yīng)力，得到線性部分（真實(shí)應(yīng)變值在0.04和0.04之間） )收縮發(fā)生)面積)進(jìn)行線性回歸分析，材料的加工硬化率見表2。熱變形后，水冷材料（No.3、No.4、No.5）具有較高的加工硬化率，而熱變形后的空冷（No.1）或固溶熱處理（HT）降低了加工硬化率能力。的材料。
3 結(jié)論
通過選擇合理的熱變形工藝參數(shù)，可以直接軋制出比固溶火具有更高屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和加工硬化率的高氮奧氏體不銹鋼，塑性和固溶火基本相同，無需后續(xù)熱處理。高氮奧氏體不銹鋼管中析出的氮化物對塑性的破壞比殘留鐵素體大，熱變形組織對材料的影響比殘留鐵素體大。控制材料中以固溶形式存在的氮，控制組織為單一奧氏體，細(xì)化奧氏體晶粒是高氮奧氏體不銹鋼管通過熱加工工藝獲得優(yōu)異強(qiáng)度和韌性的關(guān)鍵。