304不锈钢高温压缩状态金相组织分析

2014-10-30王振东

中国科技纵横 2014年18期

关键词：再结晶奥氏体不锈钢

王振东

(甘肃省酒泉市特种设备检验所,甘肃酒泉 735000)

304不锈钢高温压缩状态金相组织分析

王振东

(甘肃省酒泉市特种设备检验所,甘肃酒泉 735000)

本文针对对铸态304奥氏体不锈钢热变形行为进行基础性研究,利用Thermechastor-W热/力模拟试验机,对304奥氏体不锈钢在应变量为50%,变形温度为950～1250℃,应变速率为0.01s-1～2.5 s-1进行单道次高温压缩热变形试验,并且测定其真应力—应变曲线。

304不锈钢热变形真应力应变曲线再结晶

1 前言

奥氏体不锈钢是在高铬不锈钢中添加适当的镍(镍的质量分数为8%～25%)而形成的。304是奥氏体不锈钢的一种。本文主要针对某公司不锈钢厂目前生产的304奥氏体不锈钢进行应用基础研究。

2 实验材料与方法

利本文试验材料为铸坯304奥氏体不锈钢(简称304不锈钢)。

用Thermechastor-W热/力模拟试验机，对304不锈钢在应变量为50%，变形温度为950～1250℃，应变速率为0．01s-1～2．5s-1进行单道次高温压缩热变形试验，并且绘出其真应力—应变曲线。从而为304奥氏体不锈钢热轧工艺提供理论依据，为不锈钢工业化生产提供参考。

制样方法如下：(1)根据样品材料的加工特点：锻轧件、脱碳、显微组织、网状组织、炭素工具钢及弹簧钢中的石墨、发裂等检验项目在材料横截面上取样；非金属夹杂物、液析、带状组织、白点、碳化物不均匀度、铁素体相等检验项目在材料纵截面上取样；需经热处理进行检验的项目，如本质晶粒度、晶间腐蚀、带状组织、网状组织、碳化物不均匀度等项目，从材料纵向还是横向取样可按有关规定标准执行；铸件在材料中心或心部取样。(2)根据零件承载和失效特点：切取失效部位和完好部位的样品。以便进行分析对比。(3)根据特殊零件取样相关规定：对于大件材料，火焰切割后，再用砂轮切割或电火花切割制得合格尺寸样品。本实验的切割方式为线切割。

3 试验结果与讨论

3.1 热变形组织

动态再结晶形成的晶粒结构与静态再结晶的晶粒结构不同。因为动态再结晶是在热变性过程中发生的，即在动态再结晶晶核长大的同时变形仍在继续进行，这样由再结晶形成的新晶粒又发生了形变，产生了加工硬化，富集了新的位错，并且开始了新的软化过程(动态回复甚至动态再结晶)。因此就整个奥氏体变形过程来说，任一时刻，在金属内部总存在着变形量由零到εd的一系列晶粒，也就是说动态再结晶的发生就奥氏体的整体来说并不能完全消除全部的加工硬化。

3.2 变形温度对显微组织的影响

在不同的热变形温度下均发生了不同程度的动态再结晶，表明应变值均超过了动态再结晶的临界应变值。金属在较高的温度下变形时，回复和再结晶可能在变形过程中相继发生，这种回复与再结晶称为动态回复和动态再结晶；变形结束时，再结晶并未结束，如果任在高温停留，未及时长大的再结晶晶粒将迅速长大，发生静态再结晶。这种静态再结晶不需要孕育期，有人称之为准动态再结晶或亚动态再结晶。为了研究动态再结晶后形成的组织，必须避免发生准动态再结晶，一般是采用本论文中所采用的高温变形后立即淬冷的方法。而采用这种方法观察到的显微组织具有以下特征：晶粒保持为等轴状；晶粒大小很不均匀；晶粒呈现不规则的凹凸状。

304不锈钢在变形量为50%，当应变速率为1．0s-1，不同温度下动态再结晶的微观组织。T=950℃时，在部分被拉长的奥氏体晶界上出现再结晶晶粒，其特征为数量少、晶粒细，这是因为变形引发的畸变能虽然足以形核，但是剩余的能量不足以使晶界继续迁移，即晶粒无法长大；T=1000℃时，动态再结晶区域变大，这些区域出现的再结晶晶粒相对比较集中，并且呈明显的等轴状；T=1050℃时，动态再结晶区明显扩大，随着温度增加到1150℃时，等轴晶数量增多，晶粒的大小分布相对均匀，晶粒呈不规则的凹凸状；T=1250℃时，动态再结晶晶粒尺寸大得多。通过以上试验分析得出，在热变形过程中当应变量大于动态再结晶的临界变形量时，可以通过提高变形温度得到均匀细化的晶粒。

可见，随变形温度的升高，铁素体晶粒明显细化。这说明随变形温度升高，铁素体动态回复和动态再结晶过程更充分，从而促使晶粒更细小。另外，应变速率越大，动态回复和动态再结晶过程越难发生，铁素体晶粒也越粗大。

热变形温度并不是越高越好。当T=1150℃时，动态再结晶晶粒尺寸相对于T=1250℃时的晶粒尺寸，细小的晶粒区域变小。这是由于温度高于某一临界值时，再结晶过程中晶粒长大速度比形核速度快，高温下晶粒通过相互吞噬而长大。

综上所述，在一定的应变量和变形速率下，温度越高越有利于动态再结晶的发生。

3.3 变形速率对显微组织的影响

当变形温度和变形量一定时，应变速率越大，越有利于动态再结晶的形核和长大。这是因为应变速率与位错密度增长速率成正比，应变速率越大则位错密度增长越大，处于晶界再结晶的驱动力就越大，越容易发生动态再结晶，并且等轴晶分布不均匀，当应变速率低时，试样所承受的变形功比较均匀的转化成动态再结晶的能量，从而促使晶粒的细化，并且均匀的分布。

动态再结晶后的晶粒尺寸与变形温度、应变速率和变形程度等因素有关。降低变形温度、提高应变速率会使动态再结晶后的晶粒变小，而细小的晶粒组织具有更高的变形抗力。

因此，通过控制热加工变形的温度、速度和变形量，就可以改善材料的组织和力学性能。