【12】304不锈钢应变诱发_马氏体相变及对力学性能的影响
预应变对S30408不锈钢力学性能和马氏体相变的影响
预应变对S30408不锈钢力学性能和马氏体相变的影响
张涛;夏雨;蒋莉莉;周云
【期刊名称】《轻工机械》
【年(卷),期】2024(42)2
【摘要】为了探究不同预应变量下S30408不锈钢力学性能的变化规律,课题组在室温下对S30408不锈钢开展不同预应变量下的单轴拉伸试验,分析了预应变对其力学性能及马氏体相变的影响规律,在此基础上建立了考虑预应变影响的修正Ludwigson模型,并结合基于Johnson-Cook的脆化模型合理预测预应变后材料力学性能。
结果表明:随着预应变量的增加,S30408不锈钢的屈服强度明显增加,抗拉强度缓慢增加,断后延伸率降低;利用金相和X射线衍射试验获取不同预应变量下微观组织和析出相成分,发现在预应变量大于9%后,S30408不锈钢开始逐渐出现形变诱导的马氏体相变。
课题组的研究实现了不同预应变量下的S30408不锈钢应力-应变关系的合理评价。
【总页数】7页(P75-80)
【作者】张涛;夏雨;蒋莉莉;周云
【作者单位】江苏省特种设备安全监督检验研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TG113.25;TH142
【相关文献】
1.Cu对304奥氏体不锈钢应变诱发马氏体相变的影响
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3.S30408奥氏体不锈钢焊缝应变强化后力学性能试验研究
4.304不锈钢应变诱发α′马氏体相变及对力学性能的影响
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形变诱发马氏体对304不锈钢在活化状态下电化学行为的影响
形变诱发马氏体对304不锈钢在活化状态下电化学行为的影
响
方智;吴荫顺;张琳;李杰
【期刊名称】《腐蚀科学与防护技术》
【年(卷),期】1997(9)1
【摘要】用电化学方法研究了形变诱发马氏体对３０４不锈钢在活化状态下电化学行为的影响．结果表明，随着变形量的增加，马氏体转变量也增加，材料的电化学活性增大；通过测量各单相的电化学行为发现：马氏体的腐蚀电位比奥氏体的约负５５ｍＶ，这是形变诱发马氏体容易被选择性溶解的主要原因．
【总页数】4页(P75-78)
【关键词】不锈钢;相变马氏体;电化学行为;腐蚀;活化腐蚀
【作者】方智;吴荫顺;张琳;李杰
【作者单位】北京科技大学;冶金部腐蚀-磨蚀与表面技术开放实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG172.9
【相关文献】
1.304不锈钢在ECAP过程中形变诱发马氏体的定量计算 [J], 郑志军;高岩
2.SUS304亚稳态奥氏体不锈钢在各种温度条件下应力诱发马氏体转变行为和它们的TRIP效应 [J], 周保仓（编译）;
3.形变诱发马氏体相变对亚稳奥氏体不锈钢塑性行为的影响（摘译） [J], 秦丽雁
4.奥氏体304不锈钢形变诱发马氏体相变与磁记忆效应 [J], 胡钢;许淳淳;袁俊刚
5.304不锈钢棘轮变形过程中应变诱发马氏体相变行为研究 [J], 程晓娟;王弘;康国政;董亚伟;刘宇杰
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α'马氏体对304不锈钢氢脆行为的影响
α'马氏体对304不锈钢氢脆行为的影响周成双;刘辉云;张林【摘要】304奥氏体不锈钢在预应变强化以及长期服役过程中容易发生应变诱导α'马氏体相变,而α'马氏体对304材料的氢脆敏感性影响较大,因此系统地研究α'马氏体体积分数与304不锈钢氢脆间的关系尤为重要.首先通过预变形(0％,10％,20％,30％)在304不锈钢中产生预先存在的α'马氏体,然后进行电化学充氢,最后进行慢应变速率拉伸实验将试样拉断.研究了预先存在的α'马氏体体积分数对充氢304不锈钢力学性能及氢扩散系数的影响,结果表明:304不锈钢的氢脆敏感性和氢扩散系数随着预先存在的α'马氏体体积分数的增加而增加,当预先存在的α'马氏体体积分数超过20％时,氢扩散系数提高了8倍.【期刊名称】《浙江工业大学学报》【年(卷),期】2019(047)003【总页数】5页(P329-333)【关键词】预变形;奥氏体不锈钢;预先存在的α'马氏体;氢脆;氢扩散系数【作者】周成双;刘辉云;张林【作者单位】浙江工业大学材料科学与工程学院,浙江杭州 310014;浙江工业大学材料科学与工程学院,浙江杭州 310014;浙江工业大学材料科学与工程学院,浙江杭州 310014【正文语种】中文【中图分类】TB31奥氏体不锈钢(如304，304L)由于其优异的成型加工性能、较好的焊接性能、优良的机械性能以及耐腐蚀性能而被广泛应用于化工、机械、汽车和核能等工业领域。
304奥氏体不锈钢在加工制造过程中或者预应变强化过程中会产生应变诱导α′马氏体，而应变诱导α′马氏体的产生有可能会影响材料的氢脆敏感性。
Perng等[1]采用气相氢渗透技术研究了固溶处理、预变形处理的301，304，310不锈钢的氢扩散系数，结果发现：不产生α′马氏体而只产生位错的310不锈钢中H的扩散系数没有发生明显的变化，表明位错对H扩散几乎没有促进或阻碍作用；而在301，304不锈钢中，由于预变形产生的α′马氏体，大大提高了氢在材料中的扩散速率。
超低温轧制304_奥氏体不锈钢马氏体逆相变及组织表征
精 密 成 形 工 程第15卷 第12期12 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年12月收稿日期：2023-09-19 Received ：2023-09-19基金项目：国家自然科学基金（51204050）；中央高校基本科研业务费项目（N110407005）Fund ：National Natural Science Foundation of China (51204050); Fundamental Research Funds for the Central Universities (N110407005)引文格式：艾峥嵘, 于凯, 吴红艳, 等. 超低温轧制304奥氏体不锈钢马氏体逆相变及组织表征[J]. 精密成形工程, 2023, 15(12): 12--18.AI Zheng-rong, YU Kai, WU Hong-yan, et al. Martensite Reverse Transformation and Microstructure Characterization of 304 Austenite Stainless Steel during Cryogenic Rolling[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(12): 12-18. 超低温轧制304奥氏体不锈钢马氏体逆相变及组织表征艾峥嵘a,b ，于凯c ，吴红艳d*，贾楠a,b（东北大学 a.材料科学与工程学院 b.材料各向异性与织构教育部重点实验室 c.冶金学院d.轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819） 摘要：目的 研究超低温轧制（Cryogenic Rolling ，CR ）亚稳态奥氏体不锈钢在不同退火温度下马氏体逆相变、组织演变及力学性能的变化规律。
方法 首先，对实验原料304奥氏体不锈钢进行1 050 ℃保温30 min 的固溶处理；其次，对实验钢进行总压下量为65%的超低温轧制，并在600~750 ℃下进行5 min 退火处理；最后，对退火处理后的实验钢进行组织表征和力学性能测试，研究退火过程中组织演变及力学性能变化规律。
304不锈钢马氏体相变
304不锈钢马氏体相变
304不锈钢因其独特的耐腐蚀和良好的焊接性在现代工业生产中得到了广泛的应用。
由于固溶处理后304不锈钢组织为过饱和的亚稳态奥氏体，在发生较大程度塑性变形时，容易出现形变诱导马氏体相变。
对于产品加工而言，形变诱导马氏体的出现易导致产品形变硬化现象的加剧，造成产品塑变能力下降以及制备过程中的开裂，且在产品后期服役使用时也易出现延迟开裂以及应力腐蚀状况，因此对影响材料形变诱导马氏体相变的因素的相关研究，将有助于提高304不锈钢产品塑性加工的成形能力及抗开裂、抗腐蚀性能。
目前关于304不锈钢形变诱导马氏体相变的研究很多，Arpan等人发现304不锈钢塑性变形过程中马氏体转变量随着应变率的增加而降低，对于弯曲试样不同部位形变诱导马氏体相变量进行了测量，发现马氏体转变量在弯曲试样外侧相较于内侧较多；Lippold等人对304不锈钢形变前后的耐腐蚀性能进行了研究，相较于形变前发现形变后的材料在腐蚀时，晶界处的马氏体组织易于优先腐蚀，且在腐蚀介质存在时，易于发生晶间腐蚀现象，整体抗腐蚀性能由于发生形变诱导马氏体相变而降低。
鉴于形变诱导马氏体的影响，在探讨不同因素对于304不锈钢形变诱导马氏体转变影响的基础上，对内高压成形拼焊管不同位置马氏体转变规律进行的相关研究对于304产品内高压成形工艺优化具有重要的意义。
304不锈钢形变诱导马氏体相变的影响因素分析
304不锈钢形变诱导马氏体相变的影响因素分析杨建国;陈双建;黄楠;方坤;苑世剑;刘刚【期刊名称】《焊接学报》【年(卷),期】2012(033)012【摘要】使用室温拉伸和高温拉伸实现了304奥氏体不锈钢不同应变率及不同温度下的拉伸塑性变形，使用铁素体测量仪、XRD等分析手段测试了不同应变率、不同组织状况及不同温度下的形变诱导马氏体转变量．结果表明，形变诱导马氏体的转变量与应变率、组织均匀度及变形温度三种因素有关，室温形变时，随着塑性变形率的增加，马氏体转变量逐渐上升；对于室温下周向变形率为30％的内高压成形环焊缝拼焊管而言，母材、热影响区和焊缝处的马氏体转变量依次呈上升趋势，组织均匀性越差，马氏体的转变量越高；高温拉伸时，随着环境温度的上升，马氏体的转变量呈下降趋势，在275℃时，马氏体的转变量趋近为0．【总页数】4页(P89-92)【作者】杨建国;陈双建;黄楠;方坤;苑世剑;刘刚【作者单位】哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,哈尔滨150001 浙江工业大学化工机械设计研究所,杭州310032;哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,哈尔滨150001 中国科学研究院上海应用物理研究所,上海201800;哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TG113.12【相关文献】1.拉伸塑性变形对304不锈钢马氏体相变规律的影响 [J], 卢沛;卢志明;杜斌康;石来民;朱沈瑾2.奥氏体304不锈钢形变诱发马氏体相变与磁记忆效应 [J], 胡钢;许淳淳;袁俊刚3.低温设备和管道用304不锈钢热诱发马氏体相变特征研究 [J], 熊建新4.304不锈钢拉伸变形过程中的马氏体相变 [J], 申勇峰;李晓旭;薛文颖;刘振宇5.ECAP变形下304L奥氏体不锈钢的形变诱导马氏体相变 [J], 杨钢;黄崇湘;吴世丁;张哲峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
304不锈钢弹簧回火马氏体
304不锈钢弹簧回火马氏体引言：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可焊性。
然而，在特定的工艺条件下，304不锈钢会出现回火马氏体组织，从而降低了其力学性能和耐腐蚀性。
本文将介绍304不锈钢弹簧回火马氏体的形成机理、影响因素以及相应的改善措施。
一、回火马氏体的形成机理304不锈钢在高温下经过快速冷却后，会形成马氏体组织，具有较高的硬度和脆性。
然而，当这种马氏体组织经过回火处理时，会发生相变，转变为回火马氏体。
回火马氏体的形成是由于回火过程中马氏体晶粒的细化和残余应力的释放。
回火马氏体的晶粒尺寸较大，晶界处容易形成裂纹，从而导致材料的脆性增加。
二、影响因素1. 回火温度：回火温度是影响回火马氏体形成的重要因素。
当回火温度过高时，晶粒尺寸会增大，导致材料的脆性增加。
因此，选择适当的回火温度对于提高304不锈钢弹簧的力学性能至关重要。
2. 回火时间：回火时间是回火马氏体形成的另一个重要因素。
适当延长回火时间可以促进马氏体的相变，使晶粒更加细小，从而提高材料的韧性。
3. 冷却速率：冷却速率的快慢也会对回火马氏体的形成产生影响。
过快的冷却速率会导致晶粒尺寸较大，从而降低材料的韧性。
4. 初始组织：304不锈钢的初始组织也会对回火马氏体的形成产生影响。
初始组织中的马氏体含量越多，回火后形成的回火马氏体就越多。
三、改善措施1. 控制回火温度和时间：通过精确控制回火温度和时间，可以使回火马氏体的晶粒尺寸得到控制，从而提高材料的韧性。
一般来说，回火温度应控制在500℃~700℃之间，回火时间应根据具体材料的要求进行调整。
2. 调整冷却速率：合理的冷却速率可以促进回火马氏体的形成，避免晶粒尺寸过大。
可以通过调整冷却介质的性质或采用适当的冷却工艺来实现。
3. 优化初始组织：在制备304不锈钢弹簧时，可以通过合理的加热处理和快速冷却工艺，使初始组织中的马氏体含量较低，从而减少回火后的回火马氏体形成。
应变强化用奥氏体不锈钢力学性能影响因素
应变强化用奥氏体不锈钢力学性能影响因素郑津洋;李雅娴;徐平;马利;缪存坚【摘要】Mechanical property of materials is an important foundation to determine the strain strengthening parameters. The chemical composition, plant thickness, strain rate and other factors' influence on strength, plastic and other mechanical properties of the austenitic stainless steel were studied. The research shows that the chemical composition should be designed for the strain strengthening austenitic stainless steel according to its effect on the austenite stabilization, and the content of the austenite stabilized composition should be ensured. Due to the difference between the hot and the cold rolling process, the deformation of the plates varies with thickness. Therefore the volume increment of the inner container of the cryogenic vessels is of large difference under the same strengthening stress. The design and manufacture of the strain strengthening austenitic stainless steel cryogenic vessels should take full account of the differences in thickness of the sheets. The lower the tensile strain rate, the greater the deformation under strengthening stress. The influence of strain rate on the mechanical properties of the austenitic stainless steel weakens gradually with the increase of deformation.%为合理确定应变强化工艺参数,试验研究了材料化学成分、板材厚度及应变速率等因素对奥氏体不锈钢的强度、塑性等力学性能的影响规律.研究发现,对于应变强化用奥氏体不锈钢,应确保Ni、Mn等奥氏体稳定化元素的含量.应变强化奥氏体不锈钢低温容器的设计制造应充分考虑冷热轧制工艺导致的不同厚度板材力学性能差异.拉伸应变速率越低,强化压力下的形变量越大,应变速率对奥氏体不锈钢力学性能的影响随形变量的增加而逐渐减弱.【期刊名称】《解放军理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(012)005【总页数】8页(P512-519)【关键词】奥氏体不锈钢;应变强化;力学性能;化学成分;应变速率【作者】郑津洋;李雅娴;徐平;马利;缪存坚【作者单位】浙江大学化工机械研究所,浙江杭州310027;浙江大学化工机械研究所,浙江杭州310027;浙江大学力学系,浙江杭州310027;浙江大学化工机械研究所,浙江杭州310027;浙江大学化工机械研究所,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TH140.1奥氏体不锈钢由于具有优良的塑性、韧性及低温性能，广泛应用于低温容器尤其是深冷容器的制造。
应变诱发马氏体仿真
应变诱发马氏体仿真应变诱发马氏体（Strain-induced Martensite，简称SIM）是一种在材料变形过程中产生的马氏体相变现象。
近年来，随着对其研究的深入，越来越多的学者试图通过仿真手段来揭示这一现象的机理。
本文将介绍应变诱发马氏体的仿真方法，并对其应用前景进行展望。
一、应变诱发马氏体概述应变诱发马氏体是一种在材料塑性变形过程中，由于应变累积而导致的马氏体相变。
这种现象常见于铁基合金、不锈钢等材料。
应变诱发马氏体的产生具有显著的优点，如提高材料的强度、硬度及耐磨性等。
因此，对其进行研究具有重要的理论和实际意义。
二、应变诱发马氏体的仿真方法1.晶体塑性理论晶体塑性理论是一种描述材料微观变形机理的连续介质力学模型。
它考虑了晶粒内部晶向、晶界、相变等因素对材料宏观力学性能的影响。
在应变诱发马氏体的仿真中，晶体塑性理论可以较好地描述材料在变形过程中的应力、应变关系。
2.相场法相场法是一种基于连续性方程和自由能最小化原理的计算方法。
它可以在宏观尺度上模拟材料中马氏体相变的动态过程。
相场法具有计算效率高、适用于复杂构型和材料体系等优点。
在应变诱发马氏体的仿真中，相场法可以有效地揭示马氏体相变的空间和时间分布规律。
3.有限元法有限元法是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法。
通过对材料模型进行有限元离散，可以求解材料在复杂应力状态下的一维、二维或三维应力应变关系。
在应变诱发马氏体的仿真中，有限元法可以结合晶体塑性理论或相场法，实现对材料变形过程的实时模拟。
三、仿真结果及分析通过对应变诱发马氏体的仿真研究，可以得到以下结论：1.应变诱发马氏体的形成与应力、应变路径密切相关。
在一定的应力条件下，随着应变的累积，马氏体相变逐渐发生。
2.马氏体的形成具有明显的应变率敏感性。
在高速变形过程中，马氏体相变更容易发生。
3.应变诱发马氏体的空间分布与晶粒取向、晶界等因素有关。
晶界处的马氏体相变较晶内更容易发生。
四、应用及展望应变诱发马氏体的仿真研究在材料科学、工程领域具有广泛的应用前景。
形变诱发马氏体相变能及其影响因素研究
形变诱发马氏体相变能及其影响因素研究摘要：本文通过对亚稳态不锈钢的拉伸实验，研究了拉伸过程中的力学行为特征。
实验温度范围为-196℃--25℃，其中低应变率试验（10-3—10-1s-1）在Instron1342试验机上进行，高应变速率试验（102—103s-1）在GYC-50实验机上进行。
集合组织观察和机构分析系统地研究了力学行为与组织结构的关系以及其影响因素。
关键词：亚稳态材料，拉伸曲线，弹塑性失稳，应力平台，硬化指数，相变能，应变诱发马氏体相变。
1 稳定态与亚稳态材料对于结构材料就使用过程中是否发生相变，可分为稳定态材料与亚稳定态材料。
稳定态材料在使用或受载（外力）情况下组织几乎不发生相变，亚稳态材料则在使用或受载（外力）情况下要发生组织转变。
过去对经退火、正火、调质、淬火+回火的稳定态材料研究较多，而对亚稳态材料研究较少。
但工程实践中已经使用双(三)相钢，其组织为铁素体(80-90%)+马氏体(10-20%)+奥氏体(少量)。
对于高强度钢马氏体板条之间的薄层残余奥氏体，可以显著改善材料的断裂韧性，即在变形过程中，裂纹前的塑性区内，由于机械诱发产生马氏体，可以吸收附加能量，从而可有效地提高断裂韧性值。
还有，陶瓷材料中利用ZrO2相变达到增韧的目的，这类材料的使用为亚稳态材料开辟了潜在的工业应用前景。
但是，至今人们对相变与力学行为的交互作用还没有系统全面的认识。
2 亚稳态材料力学行为的应变率效应金属材料在高应变率下的动态力学行为研究，具有重要的理论意义与明显的工程应用背景，因为不论航空、汽车、兵器、核能等工业中的许多工程课题都涉及到这个问题，金属成型、装甲侵彻以及疲劳断裂等方面的进展都取决于材料动态性能的深入了解，在高应变率下显示的动态力学行为与静态性能及变化规律是否一致，这些问题都需要作出深入彻底、系统的研究。
3 实验方法3.1 拉伸实验拉伸实验是在Istorn1342电液伺服机上进行，拉伸温度分别为室温、－50℃、－100℃、－196℃；拉伸加载速率分别为1mm/min、5mm/min、10mm/min、100mm/min。
应变速率对奥氏体不锈钢应变诱发α'-马氏体转变和力学行为的影响
金属学报第４５卷０．Ｏ０．１０．２Ｏ．３０．４０．５ＴⅢｅｓｔ阳ｊｎＦ圉４冷轧态和退火态试样的应变速率敏感性Ｆｉｇ．４Ｃｕｒｖｅｓｏｆｓｔｒａｉｎｒａｔｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ＂８ｔｒｕｅｓｔｒａｉｎｆｂｒ８ａｍｐｌｅ１ａｎｄ８ａｍｐｌｅ２ｃｏｌｄ—ｒｏＵｅｄａｒｌｄａｎｎｅａｌｅｄ和应变量增加的正比关系．试样１冷轧态的“—卢”值在应变大于Ｏ．１以后快速线性上升，应变大于０．３５后开始下降；退火态“—ｐ”值随应变增加小幅上升，无下降过程．试样２的Ｌｐ”值随应变增加变化不大，冷轧态和退火态的差别也不大，说明冷轧预变形对其应变速率敏感性的影响也相对较小．２．２应变诱发Ｑ７一马氏体转变用ＴＥＭ和ＳＥＭ分析退火态试样１慢速拉伸过程的组织演变，结果分别示于图５和６．由于试样１的Ｎｉ含量较低、层错能低，变形组织中层错很多，而且层错与层错之间、层错与平面位错之间相互交结、连接，构成大尺寸剪切带，剪切带中存有大量缺陷．Ｑ，－马氏体在变形缺陷密度较大的剪切带交点形核，沿剪切带长大，不同剪切带中的ａ，一马氏体通过连接，生长成不规则的条带状组织，如图５所示．图６是退火态试样１近断口处的ＳＥＭ形貌．在剪切带交点形核、生长的口，＿马氏体相互连接，构成大网格框架和不规则条带，与奥氏体相间分布，，ｙ和Ｑ７双相组织沿拉伸方向协同变形，塑性变形和ｏ，－马氏体转变在各晶粒中的分布并不均匀．用Ｘ射线衍射仪测试拉伸试样与轧制面平行的近断口部位的相组成，ＸＲＤ谱如图７所示．可见，慢速拉伸冷轧态试样１中的Ｑ，＿马氏体转变量比快拉的多．慢速拉伸试样１退火态的乜，＿马氏体转变量低于２种速率拉伸的冷轧态，冷轧态试样２的ａ’一马氏体转变量最少．利用ＧＢ８３６２—８７计算残余奥氏体量的方法，定最计算图７中各试样中的ｏ，－马氏体相对体积分数，用磁饱和仪测定其余４个拉伸试样相同部位的Ｑ７一马氏体体积分数，各试样的Ｑ，＿马氏体转变量列于表３．可见，慢速拉伸试样中的Ｑ，．马氏体转变量都高于快速拉伸的相同试样，２种钢冷轧态试样Ｑ，－马氏体转变量都高于相同速率拉伸的退火态试样，而且试样ｌ的冷轧态与退火态的马氏体转变量相差较试样２大得多，说明冷轧预变形对试样１应变诱发马氏体转变的影响更大．图５退火态试样１在７％应变时的ＴＥＭ像Ｆｉｇ．５ＴＥＭｉｍａｇｅ８ｏｆａｎｎｅ“ｅｄｓａｍｐｌｅ１ａＲｅｒ７％ｔｒｕｅｓｔｒａｉｎ（ａ）ｔａｎｇｌｅｄｓｔａｃｋｉｎｇｆａｕｌｔ８ａｎｄｐｌａｎａｒｄｉ８ｌｏｃａｔｉｏ鹏（ｂ）ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｏｆＱ７一ｍａｎｅｎ８ｉｔｅ（ｂｒｉｇｈｔｌａｔｈ）ａｔｔｈｅｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏ瑚ｏｆ８ｈｅａｒｂａｎｄｓｗｉｔｈｍｏｒｅｄｅｆｏｒｍｅｄｄｅｆ色ｃｔｓ图６退火态试样１近断Ｌ】处的ＳＥＭ像Ｆｉｇ．６ＳＥＭｉｍａｇｅｎｅａｒｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｆ衄ｎｅａｌｅｄｓａｍｐｌｅ１，ｎｅｔｌｉｋｅｎ７一ｍａｒｔｅＩｌｓｉｔｅｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｗｉｔｈｂａｎｄ—ｌｉｋｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ第３期刘伟等：应变速率对奥氏体不锈钢应变诱发ａＬ马氏体转变和力学行为的影响２８９图７拉伸试样近断口处轧制平面的ｘＲＤ谱Ｆｉｇ．７ＸＲＤｐａｔｔｅｒ鹏ｏｆｒｏｌｌｉｎｇｐｌａｎｅ８ｎｅａｒｆｔａｃｔｕｒｅｓｕｒ‰ｅｏｆｔｈｅｔｅｓｔｅｄｓｔｅｅｌ８表３拉伸试样的Ｑ７一马氏体转变量’ＩＨｂｌｅ３Ｔｈｅｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ８ｏｆａ７－ｍａ】＾ｅ璐ｉｔｅｉｎｔｈｅｔｅｎ８ｉｌｅ＿ｔｅｓｔｅｄｓｔｅｅｌ８ａ上ｔｗｏｓｔｒａｉｎｒａｔｅ８（ｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ，％）３讨论３．１应变速率对奥氏体不锈钢力学行为的影响奥氏体不锈钢为低层错能合金，常温的塑性变形组织通常为平面排列位错和层错，但是，随应变速率加快和应变量增大，仍然会形成位错缠结的胞状组织，而且位错胞尺寸随应变速率加快和应变量增大而减小、胞壁变厚【１ＵＪ；预应变的作用相当于增加应变量，相同应变的位错胞更小，并成为非等轴状，位错密度也更大【１１ｊ．应力进一步升高，还出现网格状机械孪晶【１０，１２Ｊ．金属的流变应力与位错密度的平方根成正比，当金属以较快应变速率拉伸时，应变阻力大，屈服强度高．对于奥氏体稳定性较低的试样１，应力低于６５０ＭＰａ阶段ａ，－马氏体转变量较少，强化效果不明显，快速拉伸的流变应力较高；在应力大于６５０ＭＰａ的大应变阶段，快速拉伸的变形热导致试样温度升高，增加了奥氏体的稳定性，Ｑ７一马氏体的转变速度和转变量低于慢速拉伸试样，流变应力上升速度减慢，抗拉强度也大幅降低．奥氏体不锈钢的应变硬化率随应变增加而升高是发生应变诱发ａ，＿马氏体转变的结果，硬化率上升的速度和幅度与ＱＬ马氏体的转变速度和转变量成正比１１３】．因此，应变硬化率与应变的关系主要反映应变速率对应变诱发Ｑ７一马氏体转变的增强与增塑效果的影响．试样１冷轧态慢速拉伸的应变硬化率最大值比相同速率拉伸的退火态和快速拉伸的冷轧态硬化率最大值高１０００ＭＰａ以上，这是因为冷轧预变形储存在组织中的剪切带和弹性应变能加速了慢速拉伸初期５００＿一１０００ＭＰａ阶段的马氏体转变，而快速拉伸明显抑制了这一加速效应，使ＱＬ马氏体的转变速度和转变量大大降低、增强效应减小．由于试样２的奥氏体稳定性较高，马氏体转变主要发生在应变大于０．３以后，而且转变速度慢、饱和度低，因此，其硬化率没有上升过程，慢速拉伸后期的口，＿马氏体转变只推迟了硬化率曲线的下降和与应力曲线相交，增加了均匀延伸率，但增强效果不明显．奥氏体不锈钢在常温拉伸变形不能导致１００％的ａ７一马氏体转变，组织中总有部分奥氏体残留，当ＱＬ马氏体转变很慢或停止时，也就意味着即将在奥氏体中发生塑性失稳，快速拉伸的变形组织和热效应都不利于ＱＬ马氏体转变【１４Ｊ，必然导致过早发生塑性失稳．冷轧态试样１与刘伟等１９ｊ研究的ＳＵＳ３０１Ｌ－ＤＩＪＴ和ＣＮ３０１Ｌ＿Ｄ加Ｐ是同一硬化等级的３０１Ｌ冷轧板，而且，拉伸过程的应变诱发口，＿马氏体转变饱和值也非常接近．但是，由于试样１的Ｎｉ含量低，奥氏体的稳定性和层错能低，低速拉伸的硬化率曲线与前文中的２种冷轧板非常不同，它在塑性变形开始不久就迅速上升、下降，并很快与应力曲线相交、发生塑性失稳，导致其均匀延伸率大大低于ＳＵＳ３０１Ｌ—Ｄ【』Ｔ和ＣＮ３０１Ｌ－ＤＬＴ同类板材．快速拉伸使２种冷轧态钢均匀变形阶段的ＱＬ马氏体转变量分别比慢速拉伸减少了０．１８和０．２，但抗拉强度却分别降低了１１０和１０ＭＰａ．可见，影响流变应力的因素不只是马氏体的转变量，应变在７和ＱＬ马氏体两相中如何分配才是决定ａＬ马氏体的强化机制和强化效果的关键因素．对于由ｆｃｃ和ｂｃｃ组成的双相合金，两相的晶粒尺寸和分布是影响变形行为的重要因素．变形初始，外加应变在两相中的分配并不均衡，应变的分配由两相固有的流变行为和应变硬化特性决定，通常是ｂｃｃ硬相的应变小于ｆｃｃ软相；随变形增大，相界逐渐成为影响变形机制和塑性的主导因素，通过应变及塞积位错在相界区域的分配，滑移从ｆｃｃ相转移到ｂｃｃ相，相界的作用可近似看作单相合金的晶界【１３，１５Ｊ．奥氏体不锈钢的变形行为比ｆｃｃ和ｂｃｃ双相合金更复杂，变形过程中ＱＬ马氏体的相对量和分布在不断变化，７相中的应变远远大于ＱＬ马氏体相，两相中的应变也都处于变化之中【１６ｊ．假设在应变足够大时，各相中应力均等，Ｑ，＿马氏体体积分数就成为决定应变在７和Ｑ７一马氏体相中如何分配的主要因素．当ａ，－马氏体转变量低于０．３时，ａ，＿马氏体相的作用与机械孪晶相似，奥氏体被ａ，－马氏体分割，有效晶粒尺寸减小，奥氏体的位错密度增加，Ｑ７一马氏体的作用只是间接强化、效果较小ｆ２Ｊ．由于Ｑ，－马氏体量在大于０．３时连接成网，奥氏体变形困难，增强效应也由此增大，流变应力随ａ，＿马氏体量增多迅速增大．因此，对于ＱＬ马氏体饱和值很高的试样１，快速拉伸减少ａＬ马氏体转变量的。
奥氏体不锈钢中马氏体含量的相关无损检测方法
奥氏体不锈钢中马氏体含量的相关无损检测方法李萌;胡斌【摘要】介绍了奥氏体不锈钢的常见腐蚀损伤,通过调研马氏体的无损检测方法,说明了电磁方法检测奥氏体不锈钢中马氏体具有充分的理论基础,而现有的无损检测方法检测马氏体均不能满足快速准确或独立测量马氏体含量的要求.因此必须对现有无损检测方法进行改进或发展一种新的无损检测方法,用于监测制造和服役中的奥氏体不锈钢设备中的马氏体含量,预判其腐蚀倾向,减少腐蚀失效事故.【期刊名称】《无损检测》【年(卷),期】2014(036)007【总页数】7页(P19-24,66)【关键词】奥氏体不锈钢;局部腐蚀;马氏体相变;无损检测【作者】李萌;胡斌【作者单位】宜昌长机科技有限责任公司,宜昌443000;中国特种设备检测研究院,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TG115.28;TG142.25由于奥氏体不锈钢的使用环境恶劣（含氯、碱、酸及高温环境等），再加上制造过程中产生的残余应力及使用过程中的不合理工艺等原因，导致该钢种发生腐蚀失效的频率极高。
在所有设备发生的腐蚀事故中，奥氏体不锈钢的腐蚀占整个腐蚀事故的48%～58%［1］。
奥氏体不锈钢由于在加工制造过程中要经过冷轧、冷拔、冷弯、平整及矫正等冷加工工艺以及采用应变强化技术［2］，会使材料发生变形，致使部分奥氏体相转变为马氏体相，即形变诱发马氏体相变［3］。
大量研究［4－6］表明，奥氏体不锈钢的耐蚀性与马氏体含量有密切关系。
文献［7］进一步指出，当马氏体相含量小于6%或大于22%时，材料的耐蚀性随马氏体相含量的增加而降低；马氏体相含量在6%～22%之间时，材料的耐蚀性又随马氏体相含量的增加而提高。
因此，将加工制造及服役中的奥氏体不锈钢应变诱发马氏体相含量控制在合理范围内，能够防止奥氏体不锈钢的腐蚀失效事故发生。
1 奥氏体不锈钢的腐蚀失效除机械失效外，奥氏体不锈钢最主要的失效形式为腐蚀失效［8］，国内外的腐蚀失效事故统计表明，腐蚀失效事故80%～90%为局部腐蚀失效，均匀腐蚀失效所占的比例较小［9］。
应变速率对304奥氏体不锈钢应变硬化行为的影响
应变速率对304奥氏体不锈钢应变硬化行为的影响汪志福;孔韦海【摘要】304 stainless steel is non -steady -state austenitic stainless.In the process of strain hardening , strain temperature,strain rate,strain amount,etc.can change the amount of strain -induced martensite transformation and conversion rate .Also,the internal organization of the slip lines ,deformation twins,dis-locations and stacking fault density can change in volume and in the rate ,which shows a different strain hardening behavior.For 304 austenitic stainless steel,we mainly study its strain hardening behavior on normal atmospheric temperature from the strain rate sensitivity index ,strain hardening exponent two as-pects.% 304不锈钢属于非稳态奥氏体不锈钢，在应变强化过程中，应变温度、应变速率、应变量等均可改变应变诱发马氏体的转变量和转变速率及内部组织滑移线、形变孪晶、位错和层错密度的转变量和转变速率，从而表现出不同的应变硬化行为。
针对304奥氏体不锈钢，主要从应变速率敏感指数、应变硬化指数两方面，研究了应变速率对其室温应变硬化行为的影响。
304L不锈钢中冲击诱发马氏体的形态和性能
304L不锈钢中冲击诱发马氏体的形态和性能
秦添艳
【期刊名称】《上海钢研》
【年(卷),期】2001(000)002
【摘要】@@ 不锈钢以其优越的抗腐蚀性、优异的表面质量和机械特性在工业材料中极受欢迎.它们广泛地应用于化学、机械、汽车和核工业.许多不锈钢的研究都集中在拟静态变形速率上.
【总页数】2页(P49-50)
【作者】秦添艳
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.71
【相关文献】
1.新型马氏体耐磨钢的冲击磨料磨损性能 [J], 王佳;时捷;王存宇;董瀚
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3.ZGMn13钢在冲击和压力过程中形变诱发马氏体相变强化机理 [J], 储凯;傅建
4.固溶温度对新型无钴马氏体时效钢00Ni14Cr3M03Ti冲击性能的影响 [J], 任艳茹; 刘周利; 杨维宇; 赵卫东
5.奥氏体不锈钢冲击力学性能及冲击诱发相变实验研究 [J], 宋顺成;丁桂保;田时雨;王建军
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冷轧AISI 304不锈钢微观组织及力学性能的变化
冷轧AISI 304不锈钢微观组织及力学性能的变化李勇峰;蔡丽安;马利杰;刘贯军【摘要】采用金相显微镜、铁素体测量仪、硬度计及力学分析等手段,研究了AISI 304不锈钢的微观组织和力学性能在冷轧过程中的演变规律.试验结果表明:冷轧变形可使AISI 304不锈钢产生形变诱发马氏体相变,试样中金属晶粒沿着轧制方向被拉扁拉长;在冷轧压下量较小时,仅有少量的奥氏体相转变为马氏体相,并且马氏体组织以板条状出现;冷轧压下量较大时,金属晶粒逐渐被拉长为纤维状;随着冷轧压下量的增大,马氏体体积分数、硬度和抗拉强度均随之增大,但延伸率逐步下降.【期刊名称】《东华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(041)004【总页数】4页(P518-520,531)【关键词】冷轧;形变马氏体;AISI 304不锈钢;压下量【作者】李勇峰;蔡丽安;马利杰;刘贯军【作者单位】河南科技学院机电学院,河南新乡453003;上海师范大学信息与机电工程学院,上海200234;河南科技学院机电学院,河南新乡453003;河南科技学院机电学院,河南新乡453003【正文语种】中文【中图分类】TG142.71奥氏体不锈钢具有不锈、无磁等特性以及优良的塑性、韧性等性能，其应用越来越广泛，且在全世界范围内的生产和需求量保持持续增长的态势[1]. AISI 304不锈钢属于亚稳态的奥氏体不锈钢，由于其屈服强度值仅为约200 MPa[2]，强度较低，因此其在结构件中的使用受到了一定程度的限制. 但AISI 304不锈钢具有优异的冷加工性能，通常情况下通过相变强化、加工硬化或细晶强化等措施，可使奥氏体不锈钢得到显著强化[3-5]. 强化后的不锈钢板可广泛用于各种汽车车体、厨房用具、食品工业设备以及压力容器、电子工业等多个领域[6]. AISI 304不锈钢在冷轧过程中将发生形变诱发马氏体相变，使得其屈服强度、伸长率、应变硬化率以及抗拉强度均发生变化[7-8]. 因此，研究这类不锈钢的形变强化规律及其微观组织和力学性能的变化，对扩大奥氏体不锈钢的使用范围有重要意义. 使用领域不同对AISI 304不锈钢冷轧后的性能要求也不同，因此需要根据不同的使用条件，选择对应的最佳冷加工性能. 本文通过研究冷轧AISI 304不锈钢的微观组织和力学性能的演变规律，为现场优化生产提供相应的试验数据和理论指导.试验所用材料为某钢铁公司提供的AISI 304奥氏体不锈钢薄板，其化学成分为：C(0.072%)， Si(0.57%)， Mn(1.43%)， Cr(18.24%)， Ni(8.06%)， Cu(0.07%)，Mo(0.16%)， S(0.008 8%)， P(0.048%)， Fe余量，其中括号内数值为每种成分的质量分数.试验开始前，为了消除试样内部的残余应力及各向异性，对试样进行(1050±10)℃的热处理，恒温0.5 h 后进行水淬固溶处理. 将热处理后的材料裁剪成100mm×50 mm×5 mm大小的试样，用该公司的小型轧钢机进行多道次的单向轧制变形，每道次的冷轧压下量约为5%～20%. 通过调整冷轧机，得到5种不同压下量(11.60%， 23.00%， 48.65%，74.00%， 82.95%)的试样. 具体冷轧变形量如表1所示.利用金相显微镜观察不同压下量冷轧后形变试样的组织形貌. 采用Helmut Fischer GmbH公司生产的MP3C型铁素体测量仪定量测定带有铁磁性的α马氏体相体积分数，测量前需采用标准的铁素体试样进行校准. 采用线切割机将不同压下量条件下的冷轧试样按国标切割成标准拉伸试样，标距l0=50 mm. 然后放在MTS 810.10型试验机上进行拉伸试验，拉伸速度为5 mm/min，分别测定每种试样的抗拉强度和伸长率. 采用HXD-1000 TM型显微维氏硬度计测量不同压下量冷轧后平行于板材表面的维氏硬度值.2.1 冷轧试样的显微组织观察及马氏体相体积分数的变化图1所示为AISI 304不锈钢在不同冷轧压下量下轧制变形后的金相纤维组织图. 从图1(a)可以看出，试样在经过固溶处理后，内部均为奥氏体组织. 当压下量为11.60%时，试样中的大部分奥氏体组织仍保持奥氏体相不变，只有极少数的奥氏体组织受冷轧形变影响转为板条状马氏体相. 当压下量继续增大，试样中的形变马氏体量明显增多，由于在冷轧过程中出现形变能，导致晶界变得较粗糙. 当压下量为82.95%时，试样中大部分奥氏体组织受冷轧形变影响诱发为马氏体组织. 从图1还可以看出，随着压下量的增大，试样中各晶粒的滑移方向都向轧制方向转向，逐渐趋于相同的取向，而且晶粒也逐渐被拉扁、拉长，当压下量较大时，晶粒逐渐被拉长为纤维状.α马氏体相的体积分数与冷轧压下量的关系曲线如图2所示. 由图2可知，随着冷轧压下量的增大，试样中马氏体体积分数随之增加，当冷轧压下量从0%增大到82.95%时，试样中的马氏体体积分数从0%增大到92%. 这个结果与图1金相显微组织观察的结果一致.2.2 冷轧试样的硬度变化不同冷轧压下量对应的试样表面硬度值如图3所示. 从图3可以看出，试样的硬度值随着冷轧压下量的增加而显著增大. 当试样在固溶处理状态时，其表面硬度值仅为181.32 kg/mm2. 当冷轧压下量为48.65%时，试样表面的硬度值增大到440 kg/mm2. 尤其当冷轧压下量为82.95%时，试样表面的硬度值高达599.73kg/mm2. 这主要是因为随着变形量的增加，试样内条状马氏体组织显著增多，形变孪晶的数量增多，在冷轧过程中产生相对较硬的形变马氏体，促进了材料硬化程度的提高.2.3 冷轧试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的变化AISI 304不锈钢板的屈服强度、抗拉强度以及延伸率随不同冷轧压下量的变化如图4所示.从图4可以看出，随着冷轧压下量的增大，试样的抗拉强度逐步变大，而试样的延伸率(塑性)逐步降低. 试样在固溶处理状态(未冷轧)时，其抗拉强度为713 MPa，屈服强度为285 MPa，延伸率为57.5%，屈强比(屈服强度与抗拉强度之比)约为0.4. 当压下量为48.65%时，冷轧试样的抗拉强度增加到1244.5 MPa，屈服强度增加到1064.09 MPa，屈强比提高到0.85，而延伸率与强度的变化趋势相反，降为13.8%. 随着压下量的增大，屈服强度和抗拉强度增加，但是试样的延伸率明显下降. 当压下量为82.95%时，冷轧试样的抗拉强度和屈服强度分别高达1740.60 和1684.27 MPa，抗拉强度与屈服强度的差值很小，屈强比高达0.97，延伸率降为3.65%. 这些结果表明，通过对AISI 304不锈钢的冷轧变形，可使其抗拉强度和屈服强度得到大幅度强化，但同时其延伸率大大降低. 结合上文研究可知，这主要是因为在冷轧变形过程中，AISI 304不锈钢中大量的奥氏体相诱变为马氏体相，并且使钢中位错密度增加，阻碍位错的进一步运动，因而其变形抗力增大，进而形变强化能力提高，塑性变形能力降低.冷轧变形可使AISI 304亚稳态奥氏体不锈钢产生形变诱导致马氏体相变，并且相变马氏体体积分数随着冷轧压下量的增加而显著增大. 在冷轧过程中，试样中金属晶粒沿着轧制方向被拉扁、拉长. 当冷轧压下量较大时，金属晶粒逐渐被拉长为纤维状. 通过冷轧工艺，可使AISI 304不锈钢得到大幅度强化，硬度得到显著提高. 但由于冷轧促使马氏体发生形变，同时会使钢中位错密度增加，阻碍位错的进一步运动，其塑性变形能力降低.【相关文献】[1] 骆铁军. 钢铁工业“十二五” 发展规划对科技发展的新要求 [J]. 冶金信息导刊, 2011(1):1-5.[2] HEDAYATI A, NAJAFIZADEH A, KERMANPUR A, et al. The effect of cold rolling regime on microstructure and mechanical properties of AISI 304L stainless steel[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2010, 210(8): 1017-1022.[3] VIGNAL V, OLTRA R, VERNEAU M, et al. Influence of an elastic stress on the conductivity of passive films[J]. Materials Science and Engineering: A, 2001, 303(1/2): 173-178.[4] SCHILLE J P, GUO Z, SAUNDERS N, et al. Modeling phase transformations and material properties critical to processing simulation of steels[J]. Materials and Manufacturing Processes, 2011, 26(1): 137-143.[5] NAKADA N, ITO H, MATSUOKA Y, et al. Deformation-induced martensitic transformation behavior in cold-rolled and cold-drawn type 316 stainless steels[J]. Acta Materialia, 2010, 58(3): 895-903.[6] 李慧琴，张跃华，毛洪明，等. 304 不锈钢冷轧及退火工艺优化的实验研究[J]. 热加工工艺, 2010, 39(8): 174-176.[7] 程晓娟，王弘，康国政，等. 304 不锈钢棘轮变形过程中应变诱发马氏体相变行为研究[J]. 金属学报, 2009, 45(7): 830-834.[8] DE A K, SPEER J G, MATLOCK D K, et al. Deformation-induced phase transformation and strain hardening in type 304 austenitic stainless steel[J]. Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, 2006, 37(6): 1875-1886.。
Cu对304奥氏体不锈钢应变诱发马氏体相变的影响
Cu对304奥氏体不锈钢应变诱发马氏体相变的影响
杨卓越;王建;苏杰;熊建新
【期刊名称】《特殊钢》
【年(卷),期】2007(028)001
【摘要】借助X-射线衍射分析法研究了0.45%～1.44%Cu对(%):0.068～0.072C、18.72～19.06Cr、9.40～9.46Ni的304不锈钢-196 ℃低温拉伸应变诱发马氏体
相变的影响.结果表明,Cu对304不锈钢-196 ℃应变诱发ε马氏体相变有明显的抑制作用;当Cu含量增至1.44%时,在经低温变形的钢中未检测到ε马氏体相变.随钢中Cu含量增加,-196 ℃应变诱发α'马氏体相变倾向降低,致使应变累积到一定程度后,流变应力低于低Cu钢.
【总页数】3页(P38-40)
【作者】杨卓越;王建;苏杰;熊建新
【作者单位】钢铁研究总院,北京,100081;钢铁研究总院,北京,100081;钢铁研究总院,北京,100081;中国石油化工股份有限公司,北京,100029
【正文语种】中文
【中图分类】TG1
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1.奥氏体304不锈钢形变诱发马氏体相变与磁记忆效应 [J], 胡钢;许淳淳;袁俊刚
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3.S31608奥氏体不锈钢应变强化诱发马氏体相变实验 [J], 陈海云;盛水平
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304不锈钢薄壁管环向材料力学行为的实验表征
304不锈钢薄壁管环向材料力学行为的实验表征赵赫;夏勇;姚再起;金建伟【摘要】为了改进管件内高压成形工艺，用实验研究了某种304不锈钢薄壁金属管材料力学特性。
研究了薄壁金属管的环向材料力学行为，搭建了环向拉伸试验装置，建立了环状试件测试段受力和夹具受力之间的关系，分析了摩擦和试件装夹位置的影响；用数字图像相关分析技术（DIC），测量了环向拉伸应变；利用各向同性材料验证了环向拉伸试验方法的可靠性。
结果表明：试验管材环向应力应变曲线呈S形，试验管材轴向和环向材料力学行为有显著差异。
%Thin-waled 304 steel tube material behavior was investigated experimentaly to improve the technique of tube hydro-forming. A ring hoop tension test (RHTT) system was built, and the simpliifed analytical model for the RHTT specimen was analyzed to evaluate the impact of friction and specimen position. The RHTT specimen strain was measured by using a digital image correlation (DIC) non-contact measurement system. The RHTT system and data processing method were veriifed using an isotropic material. The results show that an “S-shape” style is detected in the measured 304 tube hoop stress strain curve in large plastic deformation phase and there is signiifcant difference between the material behavior in tube axial direction and that in hoop direction.【期刊名称】《汽车安全与节能学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】9页(P250-258)【关键词】薄壁管;环向拉伸;304不锈钢;材料各向异性;马氏体相变【作者】赵赫;夏勇;姚再起;金建伟【作者单位】清华大学汽车工程系，汽车安全与节能国家重点实验室，北京100084;清华大学汽车工程系，汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084;吉利汽车研究院，杭州 311228;吉利汽车研究院，杭州 311228【正文语种】中文【中图分类】U465.2+1高压成形得到的薄壁管状结构已越来越多应用于轻量化汽车车身。
α′马氏体对304不锈钢氢脆行为的影响
第４７卷第３期２０１９年６月浙江工业大学学报J O U R N A LO FZ H E J I A N G U N I V E R S I T Y O FT E C HN O L O G YV o l ．４７N o ．３J u n ．２０１９收稿日期:２０１８Ｇ０３Ｇ２３基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１４０１１８１,５１５７１１８１);浙江省自然科学基金资助项目(L Q １４E ０１０００３,L Y １５E ０１０００６)作者简介:周成双(１９８２ ),男,河北唐山人,副教授,博士,研究方向为材料腐蚀与环境断裂,E Ｇm a i l :z h o u c s ＠z ju t ．e d u ．e n .αᶄ马氏体对３０４不锈钢氢脆行为的影响周成双,刘辉云,张㊀林(浙江工业大学材料科学与工程学院,浙江杭州３１００１４)摘要:３０４奥氏体不锈钢在预应变强化以及长期服役过程中容易发生应变诱导αᶄ马氏体相变,而αᶄ马氏体对３０４材料的氢脆敏感性影响较大,因此系统地研究αᶄ马氏体体积分数与３０４不锈钢氢脆间的关系尤为重要.首先通过预变形(０％,１０％,２０％,３０％)在３０４不锈钢中产生预先存在的αᶄ马氏体,然后进行电化学充氢,最后进行慢应变速率拉伸实验将试样拉断.研究了预先存在的αᶄ马氏体体积分数对充氢３０４不锈钢力学性能及氢扩散系数的影响,结果表明:３０４不锈钢的氢脆敏感性和氢扩散系数随着预先存在的αᶄ马氏体体积分数的增加而增加,当预先存在的αᶄ马氏体体积分数超过２０％时,氢扩散系数提高了８倍.关键词:预变形;奥氏体不锈钢;预先存在的αᶄ马氏体;氢脆;氢扩散系数中图分类号:T B ３１㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A文章编号:１００６Ｇ４３０３(２０１９)０３Ｇ０３２９Ｇ０５E f f e c t s o f αᶄm a r t e n s i t e o nh y d r o ge n e m b r i t t l e m e n t of ３０４s t a i n l e s s s t e e l s Z H O U C h e ng sh u a n g ,L I U H ui yu n ,Z H A N GL i n (C o l l e g e o fM a t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ,Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,H a n gz h o u３１００１４,C h i n a )A b s t r a c t :３０４s t a i n l e s ss t e e l sa r ee a s i l y t of o r m s t r a i n Ｇi n d u c e dαᶄm a r t e n s i t ed u r i n gpr e s t r a i n p r o c e s s a n d l o n g Ｇt e r ms e r v i c e p e r i o d ．D u e t o i m p o r t a n t i n f l u e n c e so f αᶄm a r t e n s i t eo nh y d r o ge n e m b r i t t l e m e n t (H E )s u s c e p t i b i l i t y of ３０４s t e e l s ,i t i s o fg r e a t s i g n i f i c a n c e t o s y s t e m a t i c a l l y s t u d yt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e n αᶄm a r t e n s i t ec o n t e n ta n d H E ．I nt h i ss t u d y ,v a r i o u s d e gr e e s o f p r e s t r a i n (０％,１０％,２０％,３０％)w e r ef i r s t l y c r e a t e db y t e n s i l ed e f o r m a t i o ni nas e r i e so f s p e c i m e n st of o r m p r e Ｇe x i s t i n g αᶄm a r t e n s i t e ．A f t e re l e c t r o c h e m i c a lh y d r o g e n c h a r g i n g ,t h e s p e c i m e n sw e r e t h e nd e f o r m e dt of r a c t u r eb y s l o ws t r a i nr a t et e n s i o nt e s t ．T h ee f f e c t so f p r e Ｇe x i s t i n g αᶄm a r t e n s i t eo n m e c h a n i c a l p r o p e r t i e sa n dh y d r o g e nd i f f u s i o nc o e f f i c i e n to f３０４s t e e l s w e r es t u d i e d ．E x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h eh y d r o g e n d i f f u s i o nc o e f f i c i e n ta n d H E s u s c e p t i b i l i t y i n c r e a s e dw i t h i n c r e a s i n g v o l u m e f r a c t i o no f t h e p r e Ｇe x i s t i n g αᶄm a r t e n s i t e ．W h e n t h ec o n t e n to ft h e p r e Ｇe x i s t i n g αᶄm a r t e n s i t e w a sh i g h e rt h a n ２０％,t h e h y d r o g e n d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t i n３０４s t e e l sw a s i n c r e a s e db y ８ti m e s ．K e y w o r d s :p r e s t r a i n ;a u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l s ;p r e Ｇe x i s t i n g αᶄm a r t e n s i t e ;h y d r o g e ne m b r i t t l e m e n t ;h y d r o ge nd if f u s i o n c o e f f i c i e n t ㊀㊀奥氏体不锈钢(如３０４,３０４L )由于其优异的成型加工性能㊁较好的焊接性能㊁优良的机械性能以及耐腐蚀性能而被广泛应用于化工㊁机械㊁汽车和核能等工业领域.３０４奥氏体不锈钢在加工制造过程中或者预应变强化过程中会产生应变诱导αᶄ马氏体,而应变诱导αᶄ马氏体的产生有可能会影响材料的氢脆敏感性.P e r n g 等[１]采用气相氢渗透技术研究了固溶处理㊁预变形处理的３０１,３０４,３１０不锈钢的氢扩散系数,结果发现:不产生αᶄ马氏体而只产生位错的３１０不锈钢中H 的扩散系数没有发生明显的变化,表明位错对H 扩散几乎没有促进或阻碍作用;而在３０１,３０４不锈钢中,由于预变形产生的αᶄ马氏体,大大提高了氢在材料中的扩散速率.但B u c k l e y [２]和P e r n g [３]研究了在电化学充氢和气相热充氢条件下预变形产生的预先存在的马氏体对３０４L 氢脆的影响,结果发现:预先存在的马氏体对３０４L 的氢脆敏感性无明显影响.Z h a n g 等[４]研究发现:随着低温应变强化导致的初始αᶄ马氏体量的增加,材料的环境氢脆并未增强;然而,该应变强化材料在随后的变形过程中产生的动力学αᶄ马氏体反而会促进氢脆.因此,应变诱导αᶄ马氏体对材料氢脆的影响尚未完全研究清楚.应变诱导αᶄ马氏体对氢的侵入㊁传输和偏聚对应变诱导αᶄ马氏体引起的氢脆问题具有非常重要的研究意义.通过控制预变形的量得到不同αᶄ马氏体体积分数的试样,结合电化学充氢和慢应变速率拉伸实验,研究了预先存在的αᶄ马氏体体积分数对３０４奥氏体不锈钢氢脆行为的影响,并提供了一种利用断口形貌差异来测量３０４不锈钢中氢扩散系数的方法.１㊀实验材料和方法１．１㊀实验材料实验材料选择的是商用奥氏体３０４不锈钢,其化学组成(以下均为质量分数)为０．０７％C ,０．５７％S i ,０．７６％M n ,０．００９％S ,０．０３０％P ,１８．４９％C r,８．１５％N i .将母材沿径向加工成薄片试样,如图１所示,其中厚度为２m m .试样经３２０＃,６００＃和１０００＃水砂纸逐级打磨后用去离子水清洗干净,再用酒精擦拭干净,密封干燥备用.图１㊀３０４拉伸试样尺寸图F i g ．１㊀S p e c i f i c a t i o no f ３０４t e n s i l e s pe c i m e n １．２㊀实验方法首先采用伺服液压疲劳试验机(I n s t r o n８８０１)对３０４奥氏体不锈钢进行０％,５％,１０％,２０％,３０％等一系列不同程度的预变形处理,拉伸速率为５．５６ˑ１０－５s－１,用铁素体当量仪测量预变形过程中产生的预先存在的αᶄ马氏体的体积分数.然后对一批预变形试样进行电化学充氢实验,充氢时试样作阴极,铂片(或者石墨片)作阳极,充氢溶液为０．２m o l /L 的氢氧化钠,并加入０．８g /L 的焦磷酸钠作为抑制H 原子结合成H ２的抑制剂,充氢电流密度为５０m A /c m ２,充氢温度为５０ħ,充氢时间为１５d.充氢后的试样再重新以相同拉伸速率在试验机上拉断.将另一批预变形试样作为对比试样,不进行充氢实验,直接以相同拉伸速率在试验机上拉断.最后测量充氢和充氢试样断口附近的总的αᶄ马氏体体积分数,并采用S E M 观察充氢和未充氢试样在不同放大倍率下的断口形貌.１．３㊀实验试剂试样制备及电化学充氢实验过程中所用到的化学试剂纯度及生产厂家见表１.表１㊀化学试剂及生产厂家T a b l e １㊀C h e m i c a l r e a g e n t s a n d p r o d u c e c o m p a n i e s 药品名称化学式级别产地焦磷酸钠N a ４P ２O ７１０H ２O 分析纯西陇化工股份有限公司氢氧化钠N a O H 分析纯杭州萧山化学试剂厂酒精C H ３C H ２O H 分析纯杭州龙山精细化工有限公司丙酮C H ３C O C H ３分析纯杭州龙山精细化工有限公司２㊀结果与分析２．１㊀预先存在的αᶄ马氏体体积分数与预变形量间的关系㊀㊀图２是试样经不同预变形处理后产生的预先存在的αᶄ马氏体体积分数及断裂时的总αᶄ马氏体体积分数与预变形量的关系曲线图.αᶄ马氏体体积分数是铁素体当量仪在试样平行端及断口附近读取的２０个测量值的平均数.从图２中可以看出:预先存在的αᶄ马氏体的体积分数随着预应变量的增大而增加,近似呈指数增长,这一结果与S m a ga 等[５]得到的结果一致.当预变形量低于１０％时,试样中几乎没有预先存在的αᶄ马氏体产生,当预变形量在２０％以上时,预先存在的αᶄ马氏体体积分数大大增加.另外,不论是否预应变,试样断口附近的总αᶄ马氏体体积分数几乎保持不变,接近１００％,这说明后续拉伸过程中产生的动力学αᶄ马氏体体积分数随着预先存在的αᶄ马氏体体积分数的增加而减少.０３３ 浙江工业大学学报第４７卷图２㊀αᶄ马氏体体积分数与预变形量间的关系F i g．２㊀V o l u m e f r a c t i o no fαᶄm a r t e n s i t ea saf u n c t i o no f pr e s t r a i na m o u n t ㊀㊀图３(a ~d )分别为不同预变形３０４不锈钢试样经未充氢/充氢实验后的应力应变曲线.从图３中可以看出:充氢试样断裂前的拉伸曲线和未充氢试样的拉伸曲线几乎是重合的,只是材料的延伸率发生改变.这就说明H 对３０４不锈钢的屈服强度几乎没有影响,但会略微降低材料的抗拉强度,显著降低材料的延伸率.原始试样充氢后其延伸率从６５％降低到５８％,降低了约１０％,随着预变形量的增大,充氢试样的延伸率缩减程度增大,当预变形量达３０％时,充氢试样的延伸率从原来的３０％降低为５％.因此,试样预变形量越大,氢脆敏感性越大,氢脆越严重.图３㊀充氢和未充氢３０４不锈钢的应力应变曲线F i g ．３㊀S t r e s s Ｇs t r a i n c u r v e s o f ３０４s t a i n l e s s s t e e l w i t h /w i t h o u t h y d r o g e n Ｇc h a r g i n g２．２㊀断口形貌分析图４(a ,b )分别是经０％和２０％预变形处理的未充氢试样在S E M 下的断口形貌.从图４中可以看到:不管是否发生预变形,未充氢试样的断口形貌均有许多细小的韧窝,为典型的韧性断裂形貌.韧窝形成的原因是拉伸时产生大量的塑性变形形成微孔或孔洞,并且随着变形量的增大发生孔洞聚集并最终形成韧窝[６Ｇ７].图４㊀未充氢３０４试样的断口形貌图F i g ．４㊀F r a c t u r e s u r f a c e s o f ３０４s p e c i m e n sw i t h o u t h y d r o g e n Ｇc h a r g i n g１３３ 第３期周成双,等:αᶄ马氏体对３０４不锈钢氢脆行为的影响㊀㊀图５(a~d)分别是预变形０％,１０％,２０％,３０％的充氢试样在S E M下的断口形貌图.从图５中可以看到:充氢试样的边缘区域(红色箭头区域)和中间区域断口形貌截然不同.充氢试样断口的边缘区域均为典型的脆性断口形貌,而断口的中间区域均有较多的韧窝,为韧性断口. ０％Ｇ充氢 试样和 １０％Ｇ充氢 试样的主要断裂模式为穿晶断裂,这种断裂模式经常可以在充氢３０４L不锈钢中观察到[８Ｇ１０],而对于 ２０％Ｇ充氢 试样和 ３０％Ｇ充氢 试样,其断口形貌边缘区域均存在较多的小平面,这些平面是由于变形孪晶晶界分离所造成的,为典型的沿晶断裂.这就说明随着预变形量的增加,试样的断裂模式发生了转变,从穿晶断裂向沿晶断裂发生转变.充氢试样边缘区域和中间区域的断口形貌截然不同,原因是电化学充氢过程中,试样表层氢浓度较高,由于氢在材料中的扩散系数非常小,因而试样心部没有氢的存在,从而呈现出边缘区域脆性断裂,中间区域韧性断裂的情况.图５㊀充氢３０４试样的断口形貌图F i g．５㊀F r a c t u r e s u r f a c e s o f３０４s p e c i m e n sw i t hh y d r o g e nＧc h a r g i n g２．３㊀预先存在的αᶄ马氏体体积分数对３０４不锈钢中氢扩散系数的影响㊀㊀从图５中可以发现:随着预变形量的增加,充氢试样的脆断区域的宽度增加,说明氢在３０４不锈钢中的扩散系数得到了提高,而这正是由于预先存在的αᶄ马氏体的缘故.从图中可以看到:当预变形量较小(０％,１０％)时,试样中几乎没有产生预先存在的αᶄ马氏体,氢扩散的深度从１１５μm增加到１３１μm,变化较小,而当预变形量较高时(如３０％),试样内部预先存在的αᶄ马氏体体积分数较高,约为２０％,氢扩散的深度从１１５μm增加到３１０μm,约增加了３倍,说明预先存在的αᶄ马氏体大大提高了氢扩散系数.为了更直观地理解预先存在的αᶄ马氏体体积分数与氢扩散系数的关系,根据断口形貌中氢扩散的深度以及菲克定律[６]算出了４种试样中的氢扩散系数,如图６所示.从图６中可以看出:未预应变的试样氢扩散系数为６．３８ˑ１０－１６m２/s,预应变１０％的氢扩散系数为８．２８ˑ１０－１６m２/s,预应变２０％的氢扩散系数为１．５６ˑ１０－１５m２/s,预应变３０％的氢扩散系数为４．６３ˑ１０－１５m２/s.当试样中预先存在的αᶄ马氏体较少时(低于１０％),预先存在的αᶄ马氏体对氢扩散系数的影响不明显,缓慢增加;当预先存在的αᶄ马氏体较多(高于１０％)时,预先存在的αᶄ马２３３ 浙江工业大学学报第４７卷氏体对氢扩散系数的影响较大,成倍数增长.当材料内部预先存在的αᶄ马氏体的体积分数为２０％时,氢在３０４不锈钢中的扩散系数从６．３８ˑ１０－１６m２/s 提高到４．６３ˑ１０－１５m２/s,约提高了８倍.图６㊀预先存在的αᶄ马氏体体积分数与氢扩散系数的关系F i g．６㊀H y d r o g e nd i f f u s i o nc o e f f i c i e n ta saf u n c t i o no fv o l u m ef r a c t i o no f p r eＧe x i s t i n gαᶄm a r t e n s i t e基于以上实验结果,笔者认为预先存在的αᶄ马氏体对材料的氢扩散系数㊁充氢层厚度以及３０４不锈钢的氢脆敏感性具有较大联系.当预先存在的αᶄ马氏体体积分数较低时,氢扩散系数和充氢层厚度较小,此时材料的氢脆敏感性也小,而当预先存在的αᶄ马氏体体积分数显著增加时,材料的氢扩散系数升高,充氢层厚度增加,材料的氢脆敏感性显著提高.这可以用氢促进局部塑性变形机理来解释.对于３０４不锈钢,预变形会产生大量的位错结构㊁预先存在的αᶄ马氏体,位错结构的增加对试样中氢原子的扩散几乎没有影响,但是预先存在的αᶄ马氏体却能大大促进材料内部氢的扩散[１,１１].在电化学充氢过程中,预先存在的αᶄ马氏体可以为氢原子提供快速扩散的路径,使得更多的氢原子进入试样内部,但由于氢在αᶄ马氏体中的溶解度非常小,因此进入试样内部的氢大部分都处于预先存在的αᶄ马氏体附近的奥氏体中.在后续的拉伸过程中,由于αᶄ马氏体的强度远高于奥氏体的强度,因此认为拉伸变形主要发生在残余奥氏体中,从而导致残余奥氏体转变为动力学αᶄ马氏体,并造成氢在奥氏体/马氏体边界处聚集,使得氢浓度过饱和,诱发微裂纹的形核,从而造成充氢层的早期开裂.但预变形较小时,３０４不锈钢的强度较低,表面裂纹较浅,因此对材料塑性影响较小,但是当预变形量达到３０％时,材料的屈服强度达到９００M P a,表面脆性层较深,当脆性层裂纹延伸到未充氢区域时,会在裂纹尖端产生应力集中,从而诱发裂纹快速扩展,导致材料延伸率显著降低,氢脆加剧.３㊀结㊀论预先存在的αᶄ马氏体体积分数随着预变形量的增大而增加,近似呈指数关系;３０４不锈钢的氢脆敏感性和氢扩散系数均随着预先存在的αᶄ马氏体体积分数的增加而增大,当材料中预先存在的αᶄ马氏体体积分数为２０％时,氢扩散系数提高了８倍,氢脆更为严重.以上结论为３０４不锈钢在氢能等相关领域的应用提供安全保障,且在实际应用过程中应尽量减少αᶄ马氏体的产生.参考文献:[１]㊀P E R N G TP,A L T S T E T T E R CJ．E f f e c t so f d e f o r m a t i o no nh y d r o g e n p e r m e a t i o ni na u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l s[J]．A c t am e t a l l 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n dh y d r oＧg e nr e l e a s e m e t h o d s[J]．I n t e r n a t i o n a l j o u r n a lo fh y d r o g e ne n e r g y,２０１３,３８(１９):８２０８Ｇ８２１４．[１１]㊀M I N EY,N A R A Z A K I C,MU R A K AM IK,e t a l．H y d r o g e n t r a n s p o r t i n s o l u t i o nＧt r e a t e d a n d p r eＧs t r a i n e d a u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l sa n di t sr o l ei n h y d r o g e nＧe n h a n c e df a t i g u ec r a c k g r o w t h[J]．I n t e r n a t i o n a l j o u r n a l o fh yd r o ge ne n e r g y,２００９,３４(２):１０９７Ｇ１１０７．(责任编辑:朱小惠)３３３第３期周成双,等:αᶄ马氏体对３０４不锈钢氢脆行为的影响。
304不锈钢的相转变分析
304不锈钢的相转变分析图1中曲线为304不锈钢加热到1500℃开始降温至200℃过程中的DSC 曲线。
在这个降温过程中分别有两个明显的放热峰，其中第一个峰高较大，第二个峰高较小，说明试样在200-1500℃的温度范围内主要发生了两个相转变。
从图3-2中可以看出，304不锈钢室温下相组成为γ相和δ相。
结合304不锈钢DSC 曲线(图1)、XRD 曲线(图2)和相图可以看出，304不锈钢由δ相向γ相转变是在很大的温度区间内完成，奥氏体不锈钢中铁素体相的含量，对钢的高温塑性有着重要的影响[26]。
钢中铁素体和奥氏体两相组织的高温强度不同，铁素体的高温强度低，而奥氏体相的高温强度较高，当两相发生较大变形时，变形抗力低的铁素体易先发生变形，奥氏体次之。
同时，体心立方的铁素体发生滑移的临界分切应力比面心立方的奥氏体大，但铁素体的可滑移系比奥氏体多，所以与奥氏体相比铁素体变形比较均匀[27, 28]。
由于体心立方的点阵密度小，原子比较容易迁移，合金元素在铁素体中的扩散系数比奥氏体大得多，所以铁素体在塑性变形时，其晶粒的回复和再结晶过程要比奥氏体快的多。
当两相发生变形时，铁素体在纵横方向上均优先变形也优先再结晶，这样使奥氏体组织在变形方向上受拉应力，而铁素体受压应力，导致在两相界面上形成剪切应力，此处成为变形过程中最薄弱的地方，容易撕裂成为裂纹源，导致塑性降低。
总之，由于铁素体与奥氏体基体间化学成分、力学性能及稳定特性等方面的差异，铁素体的出现一般都对奥氏体不锈钢的性能带来不利的影响。
所以应通过固溶处理及变形加工等方法，尽量减少铁素体相的含量。
020*********200400600800100012001400δδγγδγI n t e n s i t y (c p s )2-Thate (°)2004006008001000120014001600-7-6-5-4-3-2-1012D S C (m W /m g )Temperature (℃)1321℃1437℃图-1 304不锈钢降温过程中的DSC 曲线Fig. 1 DSC curve of 304 stainless steel during cooling process图2 304不锈钢铸坯的XRD 谱 Fig. 2 X-ray diffraction pattern of casting strip。
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第24卷第5期2006年9 物理测试 Physics Examination and TestingVol.24,No.5 Sep.2006作者简介:王 健(19762),男,硕士生; E 2m ail :wj1976@ ; 修订日期:2006204210304不锈钢应变诱发α′马氏体相变及对力学性能的影响王 健1,2, 杨卓越1, 陈嘉砚1, 苏 杰1(1.钢铁研究总院结构材料研究所,北京100081;2.云南大学,云南昆明650091)摘 要:借助于X 射线衍射,研究了C 、Mn 、Cr 和Ni 含量对304奥氏体不锈钢拉伸力学性能和应变诱发马氏体相变倾向的影响。
结果表明:C 、Mn 、Cr 和Ni 在允许的成分范围内变化,应变诱发α′马氏体相变倾向差异很大,这导致屈服强度和抗拉强度复杂的变化,尽管应变诱发α′马氏体相变使加工硬化速率提高,相变可以诱发塑性,但相变速率较快,相变倾向较大的钢塑性反而下降,此外,由于室温变形还增大热诱发马氏体相变倾向,从而限制了C 、Mn 、Cr 和Ni 下限钢在高精度和低温环境下构件的应用。
关键词:304不锈钢;应变诱发;马氏体相变;拉伸力学性能中图分类号:T G 115.5 文献标示码:A 文章编号:100120777(2005)0520008204Strain 2induced Martensite T ransform ation and E ffects onMechanical Properties in 304Stainless SteelWAN G Jian 1,2, YAN G Zhuo 2yue 1, C H EN Jia 2yang 1, SU Jie 1(1.Institute of Structure Materials ,Central Iron &Steel Research Institute ,Beijing 100081China ;2.Yunnan University ,Kunmin 650091,Yunnan ,China )Abstract :By means of X 2ray diff raction technique ,the effects of C 、Mn 、Cr and Ni on the tensile properties and the tendency of strain 2induced martensite transformation in AISI 304stainless steel have been investigated.The re 2sults have shown that ,even though the variations of C 、Mn 、Cr and Ni were restricted to the standard specifica 2tion ,there existed significant difference with respect to the stability of austenite ,leading to the complex variation in yield strength and tensile strength.Despite increase in the rate of work hardening due to strain 2induced martens 2ite transformation and transformation 2induced plasticity ,the inferior ductility was caused by high rate of formation martensite in the steel with low C 、Mn 、Cr and Ni contents.Moreiover ,the deformation at room temperature in 2creased the tendency of thermally induced martensite transformation in steel with low C 、Mn 、Cr and Ni contents ,which give rise to low precision of components and brittlement in the steels used in low temperature.K ey w ords :304stainless steel ;strain 2induced ;martensite transformation ;tensile properties 奥氏体不锈钢组织是亚稳定的,在变形过程中发生应变诱发相变,相变产物为ε马氏体(hcp )和α马氏体(bcc ),其中ε马氏体仅在应变较小时形成,随应变的累积ε马氏体逐步消失,与此同时α′马氏体量持续增加,目前已在较宽的化学成分范围内,研究了应变诱发α′马氏体对加工硬化、塑性成形能力等力学行为的影响[1～3],由于这些研究不是针对某一种奥氏体不锈钢进行的,因此研究结果的适用性受到了限制,因此迫切需要针对某一种钢在允许的范围内变化成分时,应变诱发α′马氏体相变倾向、以及对力学行为的影响进行研究,以提高研究结果的实用性。
为此本文根据A ISI304钢标准冶炼了3炉钢,将C 、Mn 、Cr 和Ni 分别控制在上、中和下限,通过室温和液氮温度拉伸,对应变诱发α′马氏体相变倾向,以及对拉伸力学性能的影响进行了系统研究。
1 材料与试验方法 3炉试验钢用50kg 真空感应炉冶炼,将将C 、Mn 、Cr 和Ni 分别控制在上、中和下限,称为A 、B 和C 钢,其化学成分见表1。
冶炼后浇铸成40kg 的坯料。
经锻造、热轧后再冷轧成2mm ×110mm ×L mm 板材。
从板材上纵向切取标距为10mm ×40mm 的板拉伸试样,试样经过固溶处理(1050℃×30min 水冷)。
将固溶处理后的拉伸试样分为2组,第一组拉伸试样分别在室温和液氮温度(-196℃)下,在M TS 2880拉伸试验机上拉伸,夹头速度为2mm /min ,除测定力学性能外,将若干个试样拉伸到一定应变后中断,工程应变分别控制在0.06、0.12、0.18和0.24附近,以研究微观组织在应变累积过程中的演变,并用HV1210A 维氏硬度计测试上述各应变条件下的硬度,载荷为3Kg 。
在不同应变量的拉伸试样标距中心处截取长为15mm 的小块,经手工磨掉0.5mm 后再进行化学减薄,减薄液为HNO 3:HCl :H 2O =1∶1∶1,最后用X 射线衍射分析试样内的相结构。
表1 试验钢的化学成分T able 1 Chemical composition of thesteels investigated %编号CSiMnPSCrNiNA 0.0860.56 2.210.0060.00720.0910.110.012B 0.0690.58 1.620.0060.007619.069.420.0077C0.0550.581.070.0060.008217.968.220.00782 实验结果与讨论2.1 室温拉伸应变诱发马氏体 从表2室温拉伸性能结果可以看出:减少C 、Mn 、Cr 和Ni 含量使屈服强度(YS ),降低但抗拉强度则呈现较复杂的变化,A 钢的抗拉强度(TS )高于B 钢,这与C 、Mn 、Cr 和Ni 含量的差异有关,但C 、Mn 、Cr 和Ni 最低的C 钢抗拉强度反而高出许多,屈强比下降近40%,相同应变(0.06-0.3)的硬度也明显高出A 钢和B 钢(图1a ),因此C 钢在拉伸过程中微观组织演化与A 钢和B 钢不同,对比分析不同应变X 射线衍射结果,可以看出:A 钢和B 钢在拉伸变形过程中始终保持奥氏体状态,但C 钢应变较小时即形成应变诱发α′马氏体(图2),相应的变形是在奥氏体/α′马氏体复相组织内进行,随应变的累积,形成越来越多的α′马氏体,导致加工硬化速率显著提高,最终抗拉强度(TS )明显高出A 和B 钢。
表2 拉伸力学性能测试结果T able 2 Mech anical properties determined in tensile test 试验温度钢号R p0.2/MPaR m /MPaR p0.2/R mA /%20℃A2206270.3572B 2085630.3775C1828430.2261-196℃A 35713900.2760B 26014600.1847C22017030.1334(a )20℃;(b )-196℃图1维氏硬度随拉伸应变的变化Fig.1 Vickers hardness versus engineering strain(a )工程应变0.14;(b )工程应变0.27图2 C 钢室温拉伸变形后X 射线衍射谱Fig.2 X 2ray diffraction patterns of steel C deformed at 20℃9第5期 王 健等:304不锈钢应变诱发α′马氏体相变及对力学性能的影响 2.2 低温拉伸应变诱发马氏体 从表2低温(-196℃)拉伸性能变化可以看出:与室温拉伸的结果一致,减少C 、Mn 、Cr 和Ni 含量使屈服强度(YS )下降,而抗拉强度(T S )则表现出相反的规律,拉伸样品物相X 射线衍射分析表明:随应变累积,A 钢、B 钢和C 钢均形成α′马氏体,但相变倾向有较大的差异,随C 、Mn 、Cr 和Ni 含量降低、相变倾向明显增大,如图2所示应变6%时,A钢仅形成少量的α′马氏体,但C 钢中形成的α′马氏体已是主要组成相。
图3(b )表明应变累积到23%后C 钢以α′马氏体为主要相,奥氏体已成为极少量的残留相,因此尽管A 、B 和C 钢变形均在奥氏体/α′马氏体复相组织内进行,但A 钢要达到和B 钢一样的α′马氏体量,则需要累积较多的应变量,同样B钢要达到和C 钢一样的α′马氏体量,也需要累积更多的应变量,因此A 钢加工硬化速率始终低于B 钢[图1(b )];B 钢加工硬化速率也始终低于C 钢,最终抗拉强度(T S )与屈服强度表现出相反的规律。
(a )A 钢,工程应变0.06;(b )C 钢,工程应变0.06图3 -196℃拉伸变形后X 射线衍射谱Fig.3 X 2ray diffraction p atterns of steels deformed at -196℃2.3 应变诱发马氏体与塑性的相关性 前已述及,应变诱发α′马氏体相变提高了奥氏体不锈钢形变强化能力,根据Andrade 和Hong 的意见,提高形变强化能力可以抵消因截面减少增加的内应力,抑制局部塑性失稳(缩颈)的发生,而且α′马氏体相变本身可以诱发塑性,这些因素均改善奥氏体不锈钢的塑性。