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轧制参数对微纳结构2507双相不锈钢力学性能的影响
发布者: 发布时间:2020/7/31 阅读:84

 轧制是工业生产常用的加工方式,轧制后材料的力学性能除了受到材料自身的力学性能影响外,还由材料的轧制工艺参数所决定。轧制的过程受到很多因素的影响,其中以轧制温度和变形量最为重要。在不同的温度下,材料有不同的相组成,直接影响着材料的高温塑性。且在不同的温度下,材料有不同的流变应力,决定了材料的变形抗力。在不同的温度下轧制,材料的软化机制也有所不同,对轧制后材料的力学性能有很大的影响。


 
 轧制变形量也是对轧制后材料的组织和力学性能有重要影响,随着轧制变形量的增大,制备的材料厚度更薄,晶粒拉长更加的明显,材料的硬化能力也有所改变。而且对微纳结构材料进行轧制时,轧制变形量对材料的组织有着显著的影响,随着轧制变形量的增大,组织中的亚微米晶奥氏体晶粒尺寸逐渐减小,组织细化并分布越来越均匀,最终反应在力学性能上,主要是强度的大幅提高,从而制备出高强度并同时具有高塑性的微纳结构材料。因此很有必要研究轧制温度和变形量对微纳结构 2507双相不锈钢的影响。


 
 浙江宏盛特钢有限公司利用铝热反应法制备了微纳结构的304不锈钢,在600℃不同变形量轧制,结果表明,随着轧制变形量的增加,亚微晶奥氏体随着轧制变形量增加破碎为纳米晶。当轧制变形量为70%时,亚微晶全部分解为纳米晶,钢中微米晶奥氏体相分散较均匀,但晶粒尺寸较大。纳米晶奥氏体增加到70 nm。抗拉强度从850 MPa提高到965 MPa,屈服强度由652 MPa提高到837 MPa,伸长率由33%下降到19%,晶间腐蚀速率从1.36g/( m2 /h)下降到0.46g/(m2 /h)。强度和晶间腐蚀性能明显提高。当轧制变形量为70%时,抗拉强度、屈服强度、伸长率和晶间腐蚀性能最好。


 
 根据之前的试验结论,我们可以知道微纳结构2507
双相不锈钢在1000℃下40%变形量时,奥氏体和铁素体相比例接近1:1,奥氏体晶粒和铁素体晶粒均在纳米晶范围内,且材料的塑性较好。因此本章主要利用在1000℃下变形量为40%变形量轧制后的样品,在800和600℃下以不同的变形量轧制,利用单向拉伸实验、XRD,SEM和EPMA,研究轧制温度对其力学性能的影响。


 
一、实验过程

 

 不锈钢的轧制将1000℃下变形量为40%轧制后的样品上下表面用砂纸打磨光亮。在电阻炉内加热至800℃,然后在二辊热冷轧机上以30、50和70%变形量轧制,相比于1000℃,材料的变形抗力增大,因此每次的压下量调整为0.8 mm,其余参数和操作均与第三章相同。600℃下的轧制过程和800℃轧制过程完全一样。


 
二、实验结果


 
 1. 800℃下不同变形量轧制的力学性能

 

  图为微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同轧制变形量的拉伸工程应力-应变曲线,图)为不同轧制变形量后材料抗拉强度以及相应屈服强度的变化趋势。从图可以看出,材料的抗拉强度随轧制变形量的增加先增加后减小。轧制变形量为30%、50%和70%的抗拉强度分别为574、912和817 MPa。抗拉强度随着变形量的增加先增加后减小,轧制变形量为30%、50%和70%的屈服强度分别为555、523和711 MPa,屈服强度和抗拉强度随着变形量的先减小后增加,当轧制变形量。轧制变形量为30%、50%和70%的延伸率分别为8.3、24.3和7.4%。延伸率随轧制变形量的增加先增加后减小。


 
  图为微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同变形轧制量下的硬度变化。在800℃下经轧制变形为30%、50%和70%后的硬度分别为294、393和418 HV,轧制后材料硬度随轧制变形量的增加而增加。


 
  图是微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同轧制变形量下的低倍和高倍断口SEM图,可以看到断口表面大体形貌粗糙、不均匀、灰白色,可以看到试样在30%轧制量时,试样在宏观上没有明显的塑性变形,在低倍SEM照片上可以看到大小不均匀,长度和宽度不一致的韧窝,在放大图上可以清晰的观察到有大的韧窝和小的韧窝,也有少量的解理面,结合材料的拉伸应力应变曲线,可以知道材料为韧-脆混合型断裂。50%轧制量时,试样在宏观上有明显的颈缩变形,在低倍SEM照片上可以看到细小的韧窝和撕裂面,在放大图上可以清晰的观察到有大的韧窝和小的韧窝,断口表面不平整,结合材料的拉伸应力应变曲线,可以知道材料为韧型断裂。70%轧制量时,可以观察到大量的大小不一致的韧窝,几乎没有解理面,为韧性断裂。在不同变形轧制量下材料的断口照片中都能观察到大量的韧窝存在,解理面很少,除30%变形量为韧-脆混合型断裂,50%和70%都为韧性断裂。

 

  图是微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同变形轧制量下的XRD图谱,30%和50%轧制后材料依然由铁素体和奥氏体两相组成,各峰的峰强基本保持不变,在70%轧制变形量后主要由铁素体和奥氏体组成,还有少量的σ相。


 
  图是微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同变形轧制量下的EPMA图谱,从背散射图中可以看出合金由灰色和白色构成,由第三章的结果可知白色为奥氏体,灰白色为铁素体。试样在800℃下30%轧制时有铝元素富集区,其他元素分布基本均匀。50%变形量轧制后铝元素偏聚基本消失,70%变形量轧制后出现一些贫铁富铬区,结合XRD结果可知为σ析出相,且奥氏体体积分数增多。


 

 2. 600℃下不同变形量轧制的力学性能


 
  图是微纳结构2507双相不锈钢在600℃下不同变形量轧制的力学性能,图为微纳结构2507双相不锈钢在不同轧制变形量的拉伸工程应力-应变曲线,图为不同轧制变形量后材料抗拉强度以及相应屈服强度的变化趋势。从图可以看出,材料的抗拉强度随轧制变形量的增加,材料的强度提高,轧制变形量为30%、50%和70%的抗拉强度分别为726、863和971 MPa,随着变形量的增加屈服强度也是增加的,轧制变形量为30%、50%和70%的屈服强度分别为508、511和712 MPa,轧制变形量为30%、50%和70%的延伸率分别为10.5、11.9和14.2%,延伸率随轧制变形量的增加也增加。


 
  图为微纳结构2507双相不锈钢在1000℃下不同变形轧制量下的硬度变化。在600℃下经轧制变形为30%、50%和70%后的硬度分别为345、347和395 HV。硬度随变形量的增加而增加,变化趋势和材料的强度保持一致。

 

  图是微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同轧制变形量下的低倍和高倍断口SEM图,可以看到断口表面大体形貌粗糙、分布不均匀、呈灰白色,可以看到30%轧制量时,试样在宏观上没有明显的塑性变形,在低倍SEM照片上可以看到少量韧窝,大量的河流花样,高倍下可以观察到有大小不一的韧窝,较多的解理面,结合材料的拉伸应力应变曲线,可以知道材料为韧-脆混合型断裂。50%轧制量时,在低倍下可以看到主要由解理面区域和韧窝区域构成,断口表面大体形貌粗糙、分布不均匀、呈灰白色,宏观上没有明显的塑性变形,有少量的韧窝,大小不均匀,材料的韧性断裂区和脆性断裂区分布不均匀,在高倍下可以看到断口形貌主要为河流状花样,有大量的解理面存在,只有极少部分的韧窝存在,结合材料的拉伸应力应变曲线,材料为韧-脆混合型断裂。相比与50%的断口形貌,70%轧制量时,低倍下的断口形貌几乎一致,在高倍下可以观察到数量更多的韧窝,材料的韧性断裂区和脆性断裂区分布变得均匀,结合材料的拉伸应力应变曲线,材料为韧-脆混合型断裂。600℃下不同变形轧制量下材料的断裂都是韧-脆混合型断裂,但随着轧制变形量的增加,韧性断裂的所占的比例逐渐提高。


 
  图是微纳结构2507双相不锈钢在600℃下不同轧制变形量下的XRD图谱,不同变形量轧制后材料依然由铁素体和奥氏体两相组成,各峰的峰强基本保持不变,在70%轧制变形量后奥氏体的峰强有所减弱,没有出现σ析出相。


 
  图是微纳结构2507双相不锈钢在600℃下不同变形轧制量下的EPMA图谱,从背散射图中可以看出合金由灰色和白色构成,由第三章的结果可知白色为奥氏体,灰白色为铁素体。试样在600℃下不同变形量轧制时铝元素有不同程度的富集,其他元素分布基本均匀。没有发现贫铁富铬区,结合XRD结果可知没有σ析出相。由BEI图像上可以看到材料在600℃轧制后奥氏体和铁素体都沿轧制方向拉长。其中50%变形量下奥氏体和铁素体呈交替排列。
 

 
 

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