高强高韧高氮奥氏体不锈钢管的热加工工艺

通过调整热变形和热处理工艺参数，系统研究了含0.52%氮的Cr-Mn-Mo-N高氮奥氏体不锈钢管的显微组织与力学性能的关系。研究表明，析出氮化物对高氮奥氏体不锈钢管塑性的破坏高于残留铁素体，热变形组织对材料的影响大于残留。铁氧体。高氮不锈钢管在1000~1050e温度范围内轧制并冷却至室温后的组织为单一奥氏体，具有优良的强度和韧性。采用合理的热变形工艺，可直接轧制而无需后续热处理，屈服强度、抗拉强度、加工硬化率比固溶态高，屈强比低，延伸率基本不变. 氮奥氏体不锈钢管温州不锈钢管厂家。

高氮奥氏体不锈钢管优异的力学性能、结构稳定性和耐腐蚀性能使其成为一种具有非常广阔应用前景的新型钢[1-2]。由于这类不锈钢管加工硬化率高，通过适当的冷加工可以满足不同强度等级的要求[3-4]。目前，对含氮高氮奥氏体不锈钢管的冷变形行为进行了很多研究[5-7]。热处理具有材料成形和组织调整的双重功能，组织形态对材料性能有显着影响。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结构对最终性能影响很大[8-9]。本文通过研究热处理技术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管的工业化生产和应用提供了有益的理论基础。

1 实验方法

采用氮气保护感应熔炼和氮气保护电渣重熔熔炼高氮奥氏体不锈钢管试材，将铸锭锻造成多片（长@宽@厚）200mm@70mm@40mm锻坯。取样分析化学成分（质量分数，%）为：C:0.04、Cr:18.57、Mn:15.56、Mo:2.46、N:0.52。锻坯在1200e加热2小时后，改变终轧温度和冷却方式，将锻坯热轧成12mm厚的板，锻坯的实际轧制工艺如表1所示。

使用Leica MEF4A 数显光学显微镜观察轧制板纵剖面的金相组织。材料5进行1100e/(2h)固溶热处理，编号为HT。 5种工艺条件下沿厚板热轧方向切割的狗骨型拉伸试样，试样平行截面尺寸为（长@宽@厚）:24mm@4mm@2mm，标距为20mm，拉伸试验由SCHENCK进行，采用-100kN电液伺服拉伸试验机进行，拉伸速度为1mm/min。在拉伸试验过程中，同时记录试样的载荷-位移曲线，并测试屈服强度（Rp0.2）、拉伸强度（Rm）和伸长率（A）。计算荷载-位移曲线，得到工程应力-应变曲线。拉伸试验后，使用S-3400 扫描电子显微镜(SEM) 观察拉伸破坏。

2 实验结果与讨论

2.1 热变形过程与材料结构的关系

图1为高氮钢实验材料在各种工艺条件下的金相组织。从图中可以看出，精加工温度和冷却方式对材料的室温结构影响很大。 1号钢具有少量带状铁素体组织，奥氏体晶粒充分再结晶，孪晶精度很低（图1（a））。 3号钢由于精加工温度高，再结晶进行得快，虽然基本上是奥氏体等轴晶，但由于轧后水冷，阻止了再结晶的继续，导致孪晶精度高（图1（b）） ）。 ）。 4号钢具有未完全再结晶的奥氏体组织，奥氏体晶粒形状很不规则，晶粒内部孪晶精度很高（图1（c））。 5号钢具有明显的带状铁素体组织（图1（d））。固溶热处理后，晶粒明显粗化，组织为单一奥氏体（图1（e））。

对比图1 不同轧制工艺参数得到的不同显微组织，可以看出随着终轧温度的降低，显微组织的变形特性更加明显，因为实验材料在热变形过程中不能完全再结晶. 可以。文献报道，高氮奥氏体不锈钢管等堆垛缺陷能低的材料在热变形过程中的恢复过程较慢，材料内部的应变储存能量通过再结晶释放。这也是图1中存在孪生和滑移变形特性的主要原因。

2.2 热变形过程对材料性能的影响

实验钢经过各种热变形工艺和固溶热处理后的力学性能见如图2，1100e/(2h)固溶热处理后的实验钢用空心符号标出。从图中可以看出，五种工艺试验钢的屈服强度均在500 MPa以上，延伸率均在55%以上，说明试验钢表现出优异的综合力学性能。试验钢的强度随着终轧温度的降低而增加，延伸率随着终轧温度的降低而变化。 1号钢的强度和伸长率最低，随着终轧温度的降低，试验钢的强度呈线性增加，伸长率显着下降。固溶热处理实验钢的强度明显低于热轧钢，但塑性非常高，延伸率达到72%。 3号钢的屈服强度为560MPa，延伸率达到70%，固溶热处理实验钢的屈服屈服比均为0.6，1050e终轧制得的材料具有优良的强度和韧性。无花果。结合1的显微组织与热变形过程关系的实验结果可以看出，5号钢的低延伸率与带状铁素体组织和未完全再结晶的变形组织有关。 1号钢的低延伸率应该与能带结构和氮化物析出有关。这是因为高氮奥氏体不锈钢管材在退火时会形成Cr2N析出相，热变形促进氮化物析出[11]。因此，1号钢的低延伸率与少量Cr2N氮化物析出有关。图3是不同织构材料的拉伸破坏扫描图，可以看出几种实验钢都是凹坑断裂。对比图中的断裂模式，可以看出，1号钢断裂处的凹坑比3号、4号和5号钢的凹坑小得多，而且浅得多。对于韧性材料，每个凹坑通常对应一个裂纹源，说明1号钢的裂纹源较多。但1号钢试样断口未发现Cr2N氮化物颗粒，说明该类氮化物没有生长，用扫描电镜很难发现。但是可以看出，3号、4号、5号钢的凹坑随着凹坑越来越深、越来越宽，塑性非常好。根据图1，比较1号钢和5号钢的力学性能，可以看出高氮奥氏体不锈钢管中氮化物的析出是1号钢塑性低的主要原因钢。钢，其余的热变形组织是5号钢强度高的主要原因。 3号钢具有单一的奥氏体组织，具有足够的再结晶性能，因此在强度与1号钢基本相同时，塑性大大提高。 No.4强度为单一奥氏体组织，但应变组织没有被有效去除，孪晶密度高，因此强度高于No.1和No.3钢，但塑性降低。在5号钢中，在奥氏体晶粒中可以看到明显的滑移、孪晶等变形性能，因此强度大大提高。

固溶热处理后，完全再结晶完全消除了热应变结构，降低了材料强度，增加了塑性。同时，对比图1不同工艺条件下的显微组织，可以明显看出固溶热处理后的奥氏体晶粒明显粗于热轧状态，导致材料强度下降，可塑性。由于两者的综合作用，材料经过固溶热处理后强度大大降低，塑性略高于3号钢。表2显示了试验钢的加工硬化率。

使用实际应变曲线和西蒙斯[6]提出的方法，利用实际应力和实际应变计算公式[12])计算实验材料的实际应力，得到线性部分（真实应变值在0.04和0.04之间） )收缩发生)面积)进行线性回归分析，材料的加工硬化率见表2。热变形后，水冷材料（No.3、No.4、No.5）具有较高的加工硬化率，而热变形后的空冷（No.1）或固溶热处理（HT）降低了加工硬化率能力。的材料。