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        臨界退火溫度對雙相不銹鋼材料力學性能及組織的影響

        來源:至德鋼業 日期:2020-03-20 16:35:35 人氣:1123

          雙相不銹鋼中的奧氏體形成與長大是受擴散控制的過程,在退火的短時保溫過程中,碳的擴散在該過程中占主導地位。加熱至臨界區時,奧氏體首先在鐵素體和珠光體的交界面形核,在實驗中的溫度下,形核過程是瞬時完成的,奧氏體很快就進入長大狀態。奧氏體的長大過程中,碳擴散的路徑是沿著珠光體一奧氏體的交界面進行的,珠光體的溶解速度非常迅速,這與珠光體的片層間距較小有關,并且隨著溫度的升高,擴散速率會迅速增加,甚至以幾個數量級的倍數增加。


            雙相不銹鋼退火溫度較低時,奧氏體的長大通常是沿著鐵素體的晶界長大,方向平行于鐵素體的晶界。所以,在圖中,可以觀察到在臨界退火溫度較低時(710℃、730℃),組織中出現了帶狀組織。奧氏體長大方式與碳元素的擴散方式有很大關系,在溫度較低時質量傳遞多于晶界擴散的方式進行,而溫度升高后,質量傳遞多于體擴散的方式進行。而垂直于晶界的長大速率受體擴散控制,平行于晶界的長大速率受晶界擴散的控制。所以,在低溫狀態下,奧氏體優先選擇平行于晶界的長大方式,造成了帶狀組織和奧氏體尺寸不均的現象。這種非對稱的長大方式,與晶界擴散和體擴散的激活能有直接的關系,提高臨界退火溫度,可以提供更高的擴散激活能,所以在750℃和780℃時,組織中的帶狀組織得到消除,并且馬氏體島尺寸基本一致,并呈均勻分布。


            雙相不銹鋼快速加熱是為了能夠得到細化鐵素體和奧氏體的目的。以非??斓乃俣燃訜岬絻上鄥^,會增加奧氏體的形核點,加熱溫度升高,碳和合金元素的擴散速率提高,可以加速奧氏體的形成過程,在實驗結果中也看到了奧氏體呈均勻彌散的分布。而對于鐵素體,通過快速加熱所預期的是要充分的抑制回復的過程,為再結晶提供更多的能量。但在低溫條件下,鐵素體內部仍然有一部分因回復而產生的亞晶組織,這一定程度上抑制了晶粒的細化,并且在變形的過程中會使位錯的滑移受到影響,在退火溫度為710℃時的拉伸曲線上出現了小的屈服平臺,與鐵素體中存在的亞結構有一定的關系。


            馬氏體的體積分數隨溫度升高而增大,該變化趨勢在710℃~750℃條件下變化趨勢較為平穩,但是在780℃時有很大的增加。在臨界退火溫度為780℃條件下,珠光體的溶解速率是730℃的103倍,考慮到快速加熱時的兩相區上移,這與本實驗中的結果吻合,即在780℃時,奧氏體的長大速率有了非常大的升高,即使在非常短的保溫時間內,仍然能夠大幅度提升馬氏體的體積分數。對應實驗鋼管的加工硬化指數的變化趨勢也可以看出,710℃~750℃時的刀值變化平穩,而到780℃時下降非常明顯。

           

            加工硬化能力下降與馬氏體的形態和結構有關系。在實驗鋼管碳的成分含量一定的條件下,馬氏體的體積分數越高,則馬氏體中的碳含量越低。由圖可見,750℃臨界退火條件下生成的馬氏體大多為板條馬氏體,板條間距較小,內部可見大量的位錯亞結構,并可見少量的高碳馬氏體,亞結構為孿晶。退火溫度升高至780℃時,馬氏體的晶粒尺寸增大,內部結構都為板條結構,板條間距明顯增大。拉伸試驗的結果通常是雙相鋼中各相變形特性和各相之間的相互作用的綜合反應,與鐵素體和馬氏體的變形特性和各相之間的變形相容性有關。馬氏體體積分數的增加必然會是實驗鋼管的強度有所提高,但是通過觀察可發現780℃時的拉伸曲線在較高的應力下才體現出了加工硬化的現象,而其他工藝下的實驗鋼管則在較小的應力下便呈現了較明顯的加工硬化行為。所以,溫度的升高降低了實驗鋼管在初始屈服時的流變應力敏感性,而含碳量較少的馬氏體硬度較小,使加工硬化過程不充分時就發生了斷裂,從而降低了實驗鋼管的加工硬化性能。另外,結合得好的馬氏體-鐵素體相界會使微孔的產生和聚集發生困難,推遲頸縮的發生,從而提高雙相不銹鋼鋼的加工硬化性能。對比圖可見退火溫度為750℃的實驗鋼管中馬氏體的晶界較圓滑,從而降低了相界處的應力集中,這也是其表現出良好的加工硬化能力的原因之一。


        本文標簽:雙相不銹鋼 

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