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临界退火温度对双相钢不锈钢管组织性能的影响
发布者: 发布时间:2020/3/20 阅读:25

  在快速退火过程中,为获得均匀的双相钢组织和良好的力学性能,需保证实验双相不锈钢管在两相区临界退火时,可以在很短的保温时间内,完成铁素体的完全再结晶和奥氏体的均匀形核和适度长大。这就要求临界退火温度可以保证对回复最大程度的抑制,因此,温度需要达到一个较高的值:而奥氏体的长大速率会随着温度的增加而增加,甚至会出现异常长大造成混晶,所以温度不可以过高,二者相互制约。通过实验研究临界退火后的组织变化,结合力学性能分析,以此作为依据,得到一个最佳的临界退火温度。退火实验工艺如图2. 10所示,临界退火温度分别为710℃、730C、750℃和780℃,淬火后,经200℃的过时效,然后空冷至室温。

 

一、临界退火温度对微观组织的影响

    临界退火温度对微观组织的影响包含两个方面:铁素体的再结晶行为和奥氏体的形核长大行为。图为实验钢管在不同临界退火工艺下的微观组织扫描照片,可见不同临界退火温度热处理后的钢管组织均由铁索体和马氏体组成。退火温度为720℃时,组织中仍然存在回复所造成的亚晶结构,如图中箭头所示。随温度的升高,钢中的亚结构逐渐消除,也就意味着钢管组织中再结晶进行的逐渐完全,如图所示,当温度达到730℃时,实验钢管中铁素体和马氏体的晶粒尺寸均有所细化,但晶粒尺寸并不均匀(椭圆标注区域),表明奥氏体在形核后,长大并不均匀。当退火温度为750℃时,实验钢管微观组织中的铁素体和马氏体的晶粒都比710℃时细小,并且晶粒的尺寸都较为均匀。在临界退火温度升高至780℃时,可见马氏体的晶粒尺寸明显增大,均匀分布在铁素体基体上,体积分数明显增加。另外,当退火温度较低时(710℃、730℃),有带状组织出现,而退火温度升高到750℃以上时,带状组织消失。

    另外,由于两相区中,奥氏体的体积分数变化,使奥氏体中的碳浓度也发生了变化,造成了奥氏体的淬透性的差异,在图中,可以明显地观察到马氏体内部结构的差异。温度为780℃时,马氏体的晶粒尺寸增大,可观察到较为明显的板条组织,整体呈块状分布,而温度为750℃时,马氏体呈岛状分布。由图可见,临界退火温度为750℃时,马氏体尺寸细小,沿铁素体晶界分布,并且内部板条间距小。温度上升至780℃时,马氏体晶粒逐渐向铁素体内部延伸,并且内部板条间距较大,如图所示。这是由于在临界退火时,由于温度升高,为奥氏体长大提供了更多的能量,增加了奥氏体和铁素体晶界处碳扩散的速率,奥氏体在较短的保温时间内,迅速向铁素体内长大而造成的。

 


二、临界退火温度对力学性能的影响

    由微观组织的分析,可见马氏体的体积分数随着临界退火温度的升高而增加,由此可知,实验钢管的强度也随之提高,而延伸率则有所下降。实验钢管的拉伸曲线如图所示,图中还包括实验钢管未经热处理之前的原始拉伸曲线。

    由图可知,未经热处理的原始双相不锈钢管,在拉伸过程中出现了较为明显的屈服平台,屈强比较高。经过热处理后的双相钢无缝管在强度上发生了非常明显的提升,并且延伸率有小幅度的提高,加工硬化性能有大幅的提高。退火温度为710℃时,钢管在拉伸过程中出现了一个小的屈服平台,而另外三个温度下的钢管拉伸曲线均呈连续屈服的状态。详细的力学性能如表所示,原始钢管因经过冷拔变形,已产生了一定的加工硬化,所以在拉伸实验中,加工硬化指数拧较低,而其加工硬化储存的变形能,可以为后续热处理过程中的再结晶和奥氏体形核提供能量。热处理后的双相钢无缝管力学性能,随着退火温度的升高,实验钢管的抗拉强度升高,屈服强度呈现先下降后升高的变化。750℃时的屈强比最低、加工硬化指数最高,强塑积达到了最高。

    对比图可见,随马氏体的体积分数的增加加工硬化指数力呈现先增加后减小的趋势。临界退火温度为780℃时,下降趋势非常明显。用强塑积来衡量双相钢的力学性能,可以观察到其变化趋势是呈现波动变化,并且在780℃时也发生了大幅度的下降。实验双相不锈钢管以300℃/秒快速加热到临界区并保温后,经淬火均可以形成铁素体和马氏体的双相组织。在临界区发生了铁素体的再结晶和奥氏体的形核与长大过程,淬火之后,奥氏体发生马氏体相变生成马氏体,不同的退火温度造成了最终组织之间的差异。

 
 

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