高强高韧高氮奥氏体不锈钢的热加工工艺
奥氏体系不锈钢及其热处理工艺
奥氏体系不锈钢及其热处理工艺目录奥氏体系不锈钢及其热处理工艺奥氏体系不锈钢及其热处理工艺1、奥氏体不锈钢（一）奥氏体不锈钢成分奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。
钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。
奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。
奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。
奥氏体不锈钢在不锈钢中一直扮演着最重要的角色，其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%。
由于奥氏体不锈钢具有优良的性能和特点，使其越来越受到重视和应用，特别是在核电设备的制造生产中，更是被应用于制造重要、关键的零部件。
此类钢除耐氧化性酸介质侵蚀外，如果含有Mo、Cu等元素还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的侵蚀。
此类钢中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，便可显著提高其耐晶间侵蚀机能。
高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸具有良好的耐蚀性。
由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合机能，在各行各业中获得了广泛的应用。
以上是奥氏体不锈钢新旧牌号化学成份比较表1奥氏体系不锈钢及其热处理工艺奥氏体不锈钢新旧牌号化学成份对照表1（二）奥氏体不锈钢合金化原理提高钢耐蚀性的方法很多，如表面涂一层耐蚀金属、涂敷非金属层、电化学保护和改变腐蚀环境介质等。
但是利用合金化方法，提高材料本身的耐蚀性是最有效的防止腐蚀破坏的措施之一，其原理及方法如下：1.加入合金元素，提高钢基体的电极电位，从而提高钢的抗电化学腐蚀能力。
一般钢中加入Cr、Ni、Si多元素均能提高其电极电位。
由于Ni较缺，Si的大量加入会使钢变脆，因此，只有Cr才是显著提高钢基体电极电位常用的元素。
2.插手合金元素使钢(不锈钢)的表面构成一层稳定的、完整的与钢的基奥氏体系不锈钢及其热处理工艺体结合牢固的钝化膜。
奥氏体不锈钢热处理
奥氏体型不锈钢
奥氏体不锈钢的热处理有以下几种：
（1）固溶处理这种热处理是将不锈钢零件加热到固溶温度（1050～1100℃），让所有碳化物及冷加工形成的马氏体全部溶入和转变成奥氏体，然后快冷，在室温下保持单相高温组织。
这种热处理可以得到最软而塑性最高的状态。
（2）应力松驰处理冷加工产生的内应力可以通过较低的温度退火（275～450℃，0.5～2h）予以消除。
经过这种处理后，力学性能可以改善；但延伸率没有改变。
（3）稳定化处理为了防止晶间腐蚀，在奥氏体钢中加入少量的钛或银，并进行所谓的稳定化处理。
这种处理将样品加热至900℃，使大部分碳化铬溶解，而溶解了的碳与钛或银化合为比碳化铬稳定的TiC或NbC，使碳化铬不再在晶间析出。
这种处理对力学性能没有明显影响。
（4）消作σ相的热处理在高铬奥氏体钢含镍不足的情况下，热处理时可能会产生σ相，使钢的ak值下降。
这类钢σ相形成温度约为500～970℃。
避开σ相形成温度而加热至更高温度时，σ相可以转变成高温铁素体相而使韧性恢复。
常用奥氏体不锈钢的热处理制度及力学性能见表8。
奥氏体不锈钢的热处理方式
奥氏体不锈钢的热处理方式由于含有较高的镍且在室温下呈奥氏体单相组织，所以它与Cr13不锈钢相北具有高的耐蚀性，在低温、室温及高温下均有较高的塑归和韧性，以及较好的冷作成型和焊接性。
但室温下的强度较低，晶间腐蚀及应力腐蚀倾向较大，切削加工性较差。
奥氏体在加热时无相变,因此不能通过热处理强化。
只能以提高钢的耐腐蚀性能进行热处理：1)固溶处理；其目的是使碳化物充分溶解并在常温下保留在奥氏体中，从而在常温下获单相奥氏体组织，使钢具有最高的耐腐蚀性能。
固溶处理的加热温度一般均较高，在1050-1100C之间，并按含碳量的高低作适当调整。
由于18-8不锈钢导热性很差，不仅要通过预热后再进行淬火加热,而且在固溶处理(淬火加热)时的保温时间要长。
固溶处理时，要特别注意防止增碳。
因为增碳将会增加18-8钢的晶间腐蚀倾向。
冷却介质,一般采用清水。
固溶处理后的组织一般是单相奥氏体,但对含有钛、铌、钼的不锈钢，尤其当是铸件时,还含有少量的铁素体。
固溶处理后的硬度一般在135HBS左右。
2)除应力退火；为了消除冷加工后的残余应力，处理在较低的温度下进行。
一般加热至250-425C，经常采用的是300-350C。
对于不含钛或铌的钢不应超过450C，以免析出碳化铬而引起晶间腐蚀。
为了消除焊接后的残余应力,消除钢对应力腐蚀的敏感性,处理一般在较高的温度下进行。
加热温度一般不低于850C。
冷却方式，对于含有钛或铌的钢可直接在空气中冷却；对于不含有钛或铌的钢应水冷至500C以后再在空气中冷却。
3)稳定化处理；为了防止钛和铌的奥氏体不锈钢在焊接或固溶处理时，由于TiC和NbC减少而引起耐晶间腐蚀性能降低,需将这种不锈钢加热到一定温度后(该温度使铬的碳化物完圣溶于奥氏体，而TiC和NbC只部分溶解)再缓冷。
在冷却过程中,使钢中的碳充分地与钛和铌化合,析出稳定的TiC和NbC，而不析出铬的碳化物，从而消除18-8奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向,这种处理过程称之为稳定化处理。
304奥氏体不锈钢热处理工艺实验研究
304奥氏体不锈钢热处理工艺实验研究304不锈钢是一种常用的不锈钢材料，具有良好的耐腐蚀性和高温强度，广泛应用于航空航天、能源、化工、食品加工等工业领域。
在工程应用中，为了获得良好的性能和组织结构，通常需要对不锈钢进行热处理。
热处理是指将材料加热至一定温度区间内，并在适当的条件下保温一段时间后，通过一系列冷却措施，使材料的结构和性能发生改变的工艺过程。
304不锈钢主要由奥氏体和铁素体组成，其中奥氏体是稳定的组织形态，具有良好的塑性和强度，而铁素体则是不稳定的组织形态，具有高硬度和脆性。
在研究中，通过对304不锈钢进行不同的热处理工艺，可以改变其组织结构和性能，从而获得满足工程应用要求的材料。
一种常用的热处理工艺是固溶处理。
固溶处理是将304不锈钢加热至800~1000℃的温度区间内，使奥氏体中的铁素体完全溶解，然后在冷却过程中迅速冷却，从而得到高强度和高塑性的奥氏体。
在固溶处理过程中，加热温度的选择是十分关键的。
过低的温度无法完全溶解铁素体，从而影响材料的性能；而过高的温度会导致奥氏体的粗化，降低材料的强度和耐腐蚀性。
此外，还可以进行还原退火处理。
还原退火是将304不锈钢加热至800~1000℃的温度区间内，使奥氏体中的过渡金属元素（如铬、镍）还原成金属氧化物，从而提高不锈钢的耐腐蚀性能。
在实验研究中，可以通过金相显微镜观察样品的显微组织形貌，通过硬度测试仪测试样品的硬度，以及通过拉伸试验仪测试样品的引伸力和断裂强度等参数，评估不同热处理工艺对304不锈钢性能的影响。
在研究中，发现固溶处理后的304不锈钢具有较高的塑性和强度，适用于强度要求较高的工程应用。
而还原退火处理后的304不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，适用于耐腐蚀要求较高的工程应用。
总之，304不锈钢的热处理工艺对于获得满足不同工程应用要求的材料至关重要。
通过合理选择热处理工艺和优化工艺参数，可以改善304不锈钢的性能，并提高其在工程领域的应用价值。
奥氏体不锈钢的制备
奥氏体不锈钢的制备一、概述奥氏体不锈钢是一种具有高强度、耐腐蚀性能的不锈钢材料，广泛应用于航空、航天、化工、医疗等领域。
其制备方法主要包括冷加工和热加工两种方式，本文将从这两个方面分别进行讲解。
二、冷加工制备奥氏体不锈钢1. 原材料准备制备奥氏体不锈钢的原材料主要包括铁素体不锈钢和镍基合金。
其中，铁素体不锈钢的成分应尽可能地含有Cr、Ni等元素，以便在后续的处理过程中形成较多的奥氏体组织。
镍基合金则是为了提高材料的耐腐蚀性能。
2. 冷轧加工将铁素体不锈钢和镍基合金进行混合后，在室温下进行冷轧加工。
通过多次冷轧，可以使原本的铁素体组织逐渐转变为奥氏体组织，并且在过程中还可以控制其晶粒大小和均匀性。
3. 热处理经过冷轧加工后，材料中已经形成了一定比例的奥氏体组织，但其含量仍然较低。
因此，需要进行热处理来促进奥氏体的形成。
具体操作包括将材料加热至800℃左右，并保持一定时间，然后迅速冷却至室温。
这样可以使奥氏体组织进一步增加，并且在晶界处形成较为均匀的沉淀物。
三、热加工制备奥氏体不锈钢1. 原材料准备与冷加工制备相似，原材料也是由铁素体不锈钢和镍基合金组成。
不同的是，在热加工制备过程中，需要将原材料预先加热到一定温度。
2. 热轧加工将预先加热后的原材料进行热轧加工，通常温度在1000℃以上。
这样可以使原本的铁素体组织逐渐转变为奥氏体组织，并且在过程中还可以控制其晶粒大小和均匀性。
3. 精整处理经过热轧加工后，虽然材料中已经形成了一定比例的奥氏体组织，但其含量仍然较低。
因此，需要进行精整处理来进一步促进奥氏体的形成。
具体操作包括将材料加热至800℃左右，并保持一定时间，然后迅速冷却至室温。
这样可以使奥氏体组织进一步增加，并且在晶界处形成较为均匀的沉淀物。
四、总结奥氏体不锈钢是一种重要的材料，在航空、航天、化工、医疗等领域有着广泛的应用。
其制备方法主要包括冷加工和热加工两种方式，其中冷加工需要进行多次轧制和热处理，而热加工则需要进行预热、热轧和精整处理。
奥氏体不锈钢的光亮热处理工艺
奥氏体不锈钢的光亮热处理工艺1 光亮热处理工艺的原理(1)固溶处理：奥氏体不锈钢是一种包含多种合金元素的特殊钢，在冷加工过后，原来均一的奥氏体结构遭到破坏，硬化性明显。
为了恢复到原来的晶粒结构，将冷加工后的奥氏体不锈钢加热至高温单相区恒温保持，使各种合金成份包括杂质相互溶解，同时冷加工过程中大量发生错位变形的金属晶粒开始涨大，最后通过急冷稳定固溶体析出均一晶粒，回复到奥氏体组织结构。
(2)光亮处理：奥氏体不锈钢在加热保温的过程中，如果空气进入表面就会出现黑色氧化皮。
为了保证基体的光亮度，在热处理炉管或炉膛中通以由氨气分解的氮气和氢气作为保护气氛，氮气是中性气体，在高温下保护工件不氧化、不脱碳而保持光亮，而氢气除保护光亮外，还有较强的还原作用，使工件更光亮并呈银白色，提高基体的光洁度。
2 光亮热处理的常用设备(1)氨气分解炉：包括分解炉和分子筛净化器两部分。
液氨经过减压后进入蒸发器转变为氨气，再通入分解炉，在炉内触媒剂铁氧体、Cr-Ni电炉丝等催化下，氨气迅速分解。
在300℃以上，氨已接近完全分解了。
分解炉常采用850℃，在这样高的温度下，氨气不稳定极易按下述反应进行分解：2NH3— N2 +3H2，1kg液氨经蒸发后大约挥发成1.4m3的氨气，如果接近完全分解，可分解成2.78m3分解气，其中氢气占75%，氮气占25%。
氨分解气后不能直接通入光亮热处理炉，特别对光亮度要求高的产品更是如此。
因此，氨分解气要经过净化装置去除其中的水蒸气、剩余氨气和其他有害杂质。
净化由两组分子筛容器组成，内装分子筛M-3A、4A、5A等，另有电加热器和热电藕。
氨分解气经其中一个分子筛时，分子筛将吸附水蒸气、未分解氨气和有害物，只允许氢气、氮气通过，达到光亮热处理的目的。
当一组分子筛使用24～48h后，其中吸附物质接近饱和而失去作用，应进行再生处理，改用另一组分子筛。
再生处理是接通加热器进行加热，350℃保温5～6h，而后自然冷却。
钢材各种热处理工艺流程
钢材各种热处理工艺流程
1.退火
-目的：降低钢材硬度，改善切削加工性能，消除内应力，细化晶粒，改善机械性能。
-步骤：将钢材加热到预定的温度（一般是低于临界温度Ac1或Ac3），然后在炉内保温一段时间，使内部组织均匀化，最后缓慢冷却，一般为空冷或炉冷。
2.正火
-目的：细化晶粒，改善组织，提高机械性能，为后续加工或进一步热处理作准备。
-步骤：将钢材加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温使组织完全奥氏体化，然后出炉在空气中冷却，得到珠光体组织。
3.淬火
-目的：大幅提高钢材的硬度和强度。
-步骤：将钢材加热到超过临界温度（如Ac3），保持足够时间使组织全部转变为奥氏体，随后迅速放入淬火介质中（如油、水或盐浴等）冷却，使奥氏体快速转变为马氏体或贝氏体组织。
4.回火
-目的：调整钢材的硬度和韧性，降低脆性，稳定组织，提高机械性能。
-步骤：淬火后的钢材再次加热到低于临界温度的某一温度区间，保温后缓慢冷却，使过高的硬度降低，提高韧性。
5.调质处理
-目的：综合提高钢材的强度和韧性。
-步骤：先进行淬火处理，然后进行回火处理，通过两次热处理的组合优化钢材的综合机械性能。
6.表面硬化处理
-包括火焰淬火、感应淬火、渗碳、氮化、氰化、碳氮共渗等方法，目的是只硬化钢材表面而不改变心部组织，以达到表面高硬度和心部高韧性的要求。
7.固溶处理
-主要用于合金材料，如铝合金、镁合金、不锈钢等，目的是将合金元素充分溶解到基体中，形成均匀的固溶体，然后通过时效处理强化材料。
奥氏体不锈钢的热处理工艺
奥氏体不锈钢的热处理工艺依据化学成分、热处理目的的不同,奥氏体不锈钢常采用的热处理方式有固溶化处理、稳定化退火处理、消除应力处理以及敏化处理等。
1 固溶化处理奥氏体不锈钢固溶化处理就是将钢加热到过剩相充分溶解到固溶体中的某一温度,保持一定时间之后快速冷却的工艺方法。
奥氏体不锈钢固溶化热处理的目的是要把在以前各加工工序中产生或析出的合金碳化物,如(FeCr)23C6等以及σ相重新溶解到奥氏体中,获取单一的奥氏体组织(有的可能存在少量的δ铁素体),以保证材料有良好的机械性能和耐腐蚀性能,充分地消除应力和冷作硬化现象。
固溶化处理适合任何成分和牌号的奥氏体不锈钢。
2 稳定化退火稳定化退火是对含稳定化元素钛或铌的奥氏体不锈钢采用的热处理方法。
采用这种方法的目的是利用钛、铌与碳的强结合特性,稳定碳,使其尽量不与铬结合,最终达到稳定铬的目的,提高铬在奥氏体中的稳定性,避免从晶界析出,确保材料的耐腐蚀性。
奥氏体不锈钢稳定化处理的冷却方式和冷却速度对稳定化效果没有多大影响,所以,为了防止形状复杂工件的变形或为保证工件的应力最小,可采用较小的冷却速度,如空冷或炉冷。
3 消除应力处理确定奥氏体不锈钢消除应力处理工艺方法,应根据材质类型、使用环境、消除应力目的及工件形状尺寸等情况,注意掌握一些原则。
去除加工过程中产生的应力或去除加工后的残留应力。
可采用固溶化处理加热温度并快冷,I类、II类奥氏体不锈钢可采用较缓慢的冷却入式。
为保证工件最终尺寸的稳定性。
可采用低的加热温度和缓慢的冷却速度。
为消除很大的残留应力。
消除在工作环境中可能产生新应力的工件的残余应力或为消除大截面焊接件的焊接应力,应采用因溶化加热温度,I II 类奥氏体不锈钢必须快冷。
奥氏体不锈钢的热处理工艺
奥氏体不锈钢的热处理工艺奥氏体不锈钢是一种重要的材料，具有良好的耐腐蚀性和机械性能，在工业领域得到广泛应用。
而热处理是提高奥氏体不锈钢性能的重要工艺之一。
本文将介绍奥氏体不锈钢的热处理工艺及其影响因素。
一、奥氏体不锈钢的热处理工艺分类奥氏体不锈钢的热处理工艺主要包括固溶处理、时效处理和淬火处理三种。
固溶处理是将奥氏体不锈钢加热至固溶温度，保持一定时间后迅速冷却，以消除材料中的组织缺陷和应力，提高材料的塑性和韧性。
时效处理是在固溶处理的基础上，将材料再次加热至适当温度保持一段时间，使其相变，进一步提高材料的强度和硬度。
淬火处理是将奥氏体不锈钢加热至固溶温度，然后迅速冷却至室温，以获得马氏体组织，提高材料的硬度和强度。
二、奥氏体不锈钢的热处理影响因素1. 温度：热处理温度是影响奥氏体不锈钢组织和性能的重要因素。
不同温度下，材料的相变行为和组织结构都会发生变化，从而影响材料的力学性能。
2. 时间：保温时间是影响奥氏体不锈钢相变和晶粒生长的关键因素。
适当的保温时间可以使相变充分进行，晶粒细化，提高材料的强度和硬度。
3. 冷却速率：冷却速率是影响奥氏体不锈钢相变类型和组织形态的重要因素。
快速冷却可以获得马氏体组织，提高材料的硬度和强度；而慢速冷却则可以获得奥氏体组织，提高材料的塑性和韧性。
4. 合金元素：奥氏体不锈钢中的合金元素对热处理行为和组织结构有重要影响。
例如，添加钼元素可以提高奥氏体不锈钢的耐蚀性和强度，但过高的钼含量会导致材料的负荷开裂倾向增加。
5. 加热方式：奥氏体不锈钢的加热方式包括气体加热、电阻加热和感应加热等。
不同的加热方式会影响材料的加热速率和温度均匀性，从而对热处理效果产生影响。
三、奥氏体不锈钢热处理工艺优化为了获得理想的奥氏体不锈钢组织和性能，需要优化热处理工艺。
首先，根据材料的具体要求确定合适的热处理温度、时间和冷却速率。
其次，选择适当的加热方式，确保材料加热均匀。
此外，合理控制合金元素含量，避免过高或过低对材料性能的不利影响。
奥氏体不锈钢制作工艺规程
奥氏体不锈钢制作工艺规程一、原材料准备1.选用高质量的不锈钢板材作为原材料，确保其化学成分和物理性能符合相关标准。
注意检查原材料表面是否存在油污、氧化皮等缺陷。
2.对原材料进行严格的检验，包括化学成分、力学性能、表面质量等多方面的测试，确保满足产品要求。
二、材料加工1.根据产品的要求进行原材料的切割、成型、冲压等加工工艺。
注意切割和成型过程中要保持现场的清洁和整齐，避免产生毛刺和变形等质量问题。
2.进行热处理，消除内部应力和改善材料的力学性能。
热处理的时间和温度应根据具体材料而定，确保材料的结构和性能得到优化。
三、焊接1.确定适当的焊接方法和参数，根据产品要求进行焊接。
常用的焊接方法包括氩弧焊、电阻焊等。
焊接前要保证焊接部位的清洁，避免杂质和氧化物的污染。
2.做好焊缝的处理和后续加工，保证焊接部位的密封性和机械性能。
焊缝的外观应平整光滑，无瑕疵和裂纹。
四、表面处理1.采用酸洗、拋丸等方法进行表面处理，消除材料表面的污染和氧化皮。
保证制品表面的光洁度和一致性，以满足美观要求。
2.进行喷砂、抛光等工序，提高制品的质感和光泽度。
注意工艺参数的控制，避免过度加工和损坏制品表面。
五、检验和质量控制1.对制品进行严格的检验，包括外观质量、尺寸偏差、化学成分、力学性能等方面的测试。
确保制品符合设计要求和相关标准。
2.建立完善的记录和档案，追溯产品的生产流程和品质控制情况。
及时处理和反馈产品的质量问题，确保制品的一致性和可追溯性。
以上是奥氏体不锈钢制作工艺规程的主要内容，可以根据实际情况进行适当的调整和修改。
通过严格执行工艺规程，可以确保奥氏体不锈钢制品的质量稳定，满足用户的需求。
超级奥氏体不锈钢
超级奥氏体不锈钢
1. 什么叫做超级奥氏体不锈钢？
高镣、高钳，含有铜、氮，且基体金属显微组织为典型的百分百奥氏体组成级奥氏
的不锈钢称为超体不锈钢。
由于超级奥氏体不锈钢高镣高钳而且含有铜、氮,故比较难熔炼；易偏析、开裂等，因此超级奥氏体不锈钢是不锈钢中生产工艺要求最高、难度最大的品种，它是钢厂工艺技术的集中体现。
2. 特性
与其他常用的Cr-Ni奥氏体钢一样，超级奥氏体不锈钢具有良好的冷，热加工性能。
(1) 热锻时最高加热温度可达1180摄氏度，最低停锻温度不小于900摄氏度；
(2) 热成型可在1000- 1150摄氏度进行；
(3) 热处理工艺为1100—1150摄氏度，加热后快冷；
(4) 虽可采用通用的焊接工艺进行焊接，但是最恰当的焊接方法是手工电弧焊和鸨极氯弧焊。
3. 分类及特性
(1) 6钳超级奥氏体不锈钢
含钳量为6瑚略高，以AL-6XN和254 SMO为代表；6钳系超级奥氏体不锈钢家族的共同特点就是都具有非常高的抗点蚀和抗缝隙腐蚀能力。
(2) 7钳系超级奥氏体不锈钢
含钳量为7瑚略高，以654 SMO为代表；防腐能力与最好的镣基合金相当。
表1.
表2.
由表看出：在所有溶液中，超级奥氏体不锈钢如254 SMO和654 SMO的临界温度是最高的, 充分显示了其优异的耐均匀腐蚀性能。
表3.在80 C
由此可见，在如此苛刻的环境下，超级奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能与镣基合金是在同一水
平上的。
表4.蒸发情况下，导致应力腐蚀破裂的临界应力
由此可见，与普通不锈钢相比，超级奥氏体不锈钢有着非常优异的抗应力腐蚀破裂的能力4. 应用领域。
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世界钢铁2009年第1期高强高韧高氮奥氏体不锈钢的热加工工艺1)王松涛1,2,王威1,单以银1,杨柯1,李来风2(1.中国科学院金属研究所,辽宁沈阳110016;2.中国科学院理化技术研究所,北京100080)摘要:通过调整热变形和热处理工艺参数,对含氮0.52%的Cr-M n-M o-N高氮奥氏体不锈钢的组织与力学性能的关系进行了系统研究。
研究结果表明,高氮奥氏体不锈钢中析出氮化物对塑性的损害高于残留铁素体的作用,热变形组织对材料的强化作用高于残留铁素体。
在1000~1050e温度范围内终轧并水冷至室温的高氮不锈钢的组织为单一奥氏体,且强韧性能优异。
通过采用合理的热变形工艺,可以不经后续热处理直接轧制出与固溶态相比,屈服强度、抗拉强度和加工硬化速率更高,屈强比更低且延伸率基本不变的高氮奥氏体不锈钢。
关键词:高氮奥氏体不锈钢;热加工;力学性能;组织0前言高氮奥氏体不锈钢优异的力学性能、组织稳定性和耐腐蚀性能使其成为一种应用前景非常广阔的新型钢铁材料[1-2]。
由于该类不锈钢的加工硬化速率很高,因此通过对其进行适当的冷加工便可以满足各种强度级别的要求[3-4]。
目前对含氮及高氮奥氏体不锈钢的冷变形行为已有大量的研究[5-7]。
热加工具有材料成型和组织调整的双重作用,而组织形态对材料性能有重要影响。
因此,通过调整锻造、轧制等热变形加工工艺来控制材料的组织形态,对其最终性能有很大影响[8-9]。
本文通过研究热加工工艺与材料的组织和力学性能之间的关系,为高氮奥氏体不锈钢的工业化生产和应用提供有益的理论依据。
1实验方法采用氮气保护感应熔炼和氮气保护电渣重熔冶炼高氮奥氏体不锈钢实验材料,铸锭经开坯锻造成数块(长@宽@厚)200mm@70mm@40mm 锻坯。
取样分析其化学成分(质量分数,%)为: C:0.04,Cr:18.57,M n:15.56,M o:2.46,N:0.52。
将锻坯加热至1200e保温2h后,通过改变终轧温度和冷却方式将锻坯热轧至12mm厚板料,锻坯的实际轧制工艺见表1。
表1实验材料的实际热轧工艺参数试样温度/e40~30mm30~23mm23~18mm18~12mm冷却方式终冷11180))1100空气31175))1050水41178))1000水51180))950水室温利用Leica公司MEF4A型数码光学显微镜对轧板纵剖面进行金相组织观察。
对5号材料进行1100e/(2h)固溶处理,编号为H T。
在5种不同工艺条件下处理的板材上沿热轧方向切取狗骨状拉伸试样,试样平行段尺寸为(长@宽@厚):24mm@4mm@2mm,标距为20mm。
拉伸实验在SC H E NCK-100kN型电液伺服拉伸实验机上进行,拉伸速率为1mm/m in。
拉伸实验过程中同时记录试样的载荷位移曲线,并测试其屈服1)国家自然科学基金重点项目(50534010)强度(R p0.2)、抗拉强度(R m)和延伸率(A)。
对载荷位移曲线进行计算得到工程应力应变曲线。
拉伸试验后利用S-3400型扫描电镜(SE M)观察拉伸断口。
2实验结果及讨论2.1热变形工艺与材料组织的关系图1为高氮钢实验材料在不同工艺条件下的金相组织。
从图中可以看出,终轧温度和冷却方式对材料室温组织均有显著影响。
1号钢中存在少量带状铁素体组织,奥氏体晶粒再结晶较充分,46世 界 钢 铁孪晶密度很低(图1(a))。
3号钢由于终轧温度高,因此再结晶进行较快,基本为奥氏体等轴晶;但由于轧后水冷阻止了再结晶的继续进行,因此孪晶密度较高(图1(b))。
4号钢为不完全再结晶奥氏体组织,奥氏体晶粒形状很不规则,晶粒内部孪晶密度很高(图1(c))。
5号钢中存在明显的带状铁素体组织(图1(d))。
固溶处理后晶粒明显粗化,组织为单一奥氏体(图1(e))。
图1 实验材料在不同热加工条件下的显微组织对比图1中不同轧制工艺参数得到的不同显微组织可以看出,随终轧温度的降低,实验材料在热变形过程中再结晶无法充分进行,因此其显微组织的变形特征也更加明显。
有文献报道[10],高氮奥氏体不锈钢等低层错能材料在热变形过程中,回复过程进行得较缓慢,多以再结晶的方式释放材料内部的变形储存能。
这也是图1中存在孪晶和滑移变形特征的主要原因。
2.2 热变形工艺对材料性能的影响不同热变形工艺及固溶处理后实验钢的力学性能如图2所示,其中经过1100e /(2h)固溶处理实验钢的性能用空心符号标识。
从图中可以看出,5种工艺实验钢的屈服强度均高于500M Pa ,图2 不同热加工条件下的实验材料的力学性能472009年第1期延伸率都在55%以上,表明实验钢具有优异的综合力学性能。
实验钢的强度随终轧温度的降低而升高,延伸率随终轧温度的降低而出现波动。
1号钢的强度和延伸率都最低,随终轧温度进一步降低,实验钢的强度线性升高,延伸率明显降低。
固溶处理实验钢的强度比热轧态明显降低,但塑性很高,延伸率达到72%。
3号钢的屈服强度达到560M Pa ,延伸率达到70%,且其屈强比与固溶处理实验钢的屈强比均为0.6,说明在1050e 终轧获得的材料兼具优异的强韧性能。
结合图1微观组织与热变形工艺关系的实验结果可以看出,5号钢较低的延伸率与带状铁素体组织和未充分再结晶而保留下来的变形组织有关。
1号钢较低的延伸率应与其带状组织和氮化物析出有关。
由于高氮奥氏体不锈钢材料在缓慢冷却过程中会形成C r 2N 析出相,而且热变形会促进氮化物的析出[11]。
因此,1号钢较低的延伸率与少量C r 2N 氮化物析出有关。
图3为不同组织状态材料的拉伸断口扫描照片,可见几种实验钢均为韧窝断口。
对比图中的断口形貌可以明显看出,1号钢断口上的韧窝比3号、4号、5号钢都小很多和浅很多。
对于韧断材料而言,每一个韧窝一般会对应于一个裂纹源,表明1号钢中的裂纹源更多。
但在1号钢样品断口上并未发现有Cr 2N 氮化物颗粒,这说明该类氮化物并未长大,通过扫描电镜难以发现。
而3号、4号和5号钢的韧窝均较深、较大,说明其塑性很好。
根据图1,对比1号钢和5号钢的力学性能可以看出,高氮奥氏体不锈钢中析出氮化物是造成1号钢塑性较低的主要原因,而保留下来的热变形组织是造成5号钢强度更高的主要原因。
3号钢为单一奥氏体组织,且再结晶较充分,因此在其强度与1号钢基本相同的情况下,塑性得到大幅提高。
4号钢也为单一奥氏体组织,但变形组织未得到有效消除,孪晶密度也很高,因此其强度较1号和3号钢高,但塑性有所降低。
5号钢中奥氏体晶粒内可见明显滑移、孪晶等变形特征,因此强度得到大幅提高。
图3 不同热加工条件下的实验材料拉伸试样断口扫描照片经过固溶处理后,由于得到充分再结晶,热变形组织得到完全消除,导致材料强度降低,塑性提高。
同时,对比图1中不同工艺条件下的微观组织也可以明显看出,经过固溶处理后的奥氏体晶粒尺寸比热轧态明显粗化,这导致材料强度和塑性的降低。
在两者的综合作用下,固溶处理后材料的强度明显降低,塑性略高于3号钢。
表2为实验钢的加工硬化速率。
48世界钢铁表2实验钢的加工硬化速率1号3号4号5号HT 加工硬化速率/(M Pa/%)16.8517.8017.8917.3217.00利用真应力和真应变计算公式[12],计算实验材料的真应力)真应变曲线,并利用Si m m ons[6]等提出的方法,对直线部分(真应变值介于0.04至缩颈发生之间的区域)进行了线性回归分析,得出材料的加工硬化速率如表2所示。
热变形后水冷的材料(3号、4号、5号)的加工硬化速率较高,而热变形后空冷(1号)或固溶处理(HT)都会降低材料的加工硬化能力。
3结论通过选择合理的热变形工艺参数可以不经后续热处理直接轧制出屈服强度、抗拉强度和加工硬化速率均高于固溶处理材料、塑性与固溶处理材料基本相同的高氮奥氏体不锈钢。
高氮奥氏体不锈钢中析出的氮化物对塑性的损害作用高于残留铁素体,热变形组织对材料的强化作用高于残留铁素体。
控制氮在材料中以固溶形式存在、控制组织为单一奥氏体、细化奥氏体晶粒是高氮奥氏体不锈钢通过热加工工艺达到优良强韧性能的关键。
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