2205双相不锈钢管组织性能的影响

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中频感应退火温度对2205双相不锈钢管组织性能的影响

中频感应退火温度对2205双相不锈钢管组织性能的影响

来源:双相不锈钢发布:2020-02-06 18:46:57类别:双相不锈钢

  浙江至德钢业有限公司通过中频感应加热及环形喷水冷却的方式,对2205双相不锈钢管进行热处理,得到了具有铁素体和马氏体微观组织的双相钢无缝钢管。采用单向拉伸试验对试验钢管的力学性能进行检测,并结合双相不锈钢管在扫描电镜和透射电镜下的微观组织形貌,分析了不同的中频加热临界区退火温度对双相钢无缝管的组织及性能的影响.研究结果表明,临界退火温度在750℃时,试验钢管的各相分布较为均匀,呈现连续屈服的变形状态,强塑积可以达到510MPa。从节约能源和降低污染的角度出发,汽车轻量化生产是当下汽车生产行业的热点,可以使用符合机械性能要求的空心件来代替原有的实心件。这推动了管材二次加工(如内高压成形)的发展,这也要求管材具有高强度和良好的成形性,浙江至德钢业有限公司提出了将常规的无缝钢管通过热处理的方式,生产出具有良好强塑性的双相钢管或TRIP(相变诱发塑性)钢管,一方面满足了管材二次加工的要求,另外还未增加钢管的冶炼成本。中频感应加热具有升温速度快,加热均匀的特点,可以在热处理的过程中达到细化组织的目的,并且环境污染小,符合现今节能减捧的生产理念。本研究采用中频感应加热例结合环形喷水冷却的方式,以2205双相不锈钢管为原料,开发出具有高强塑性的双相钢无缝管,并对不同临界区退火温度影响试验钢管的组织性能进行了探讨。


    试验钢管的化学成分见表所示,经冶炼、锻造、穿孔、冷拔得到。采用临界区退火和低温过时效工艺,获得具有铁索体和马氏体的双相钢组织。双相钢无缝管热处理工艺如图l所示,感应加热的临界区退火温度分别设定为700℃,730℃和750℃,冷却速率为80℃/s。沿双相不锈钢管轴向截取标距为25mm的拉伸试样,进行室温拉伸试验,试样尺寸如图所示,拉伸速度为3 mm/s。沿钢管轴向的横截面,取片状试样,经研磨后放入4%的硝酸酒精腐蚀,观察试验双相不锈钢管的扫描微观组织。在钢管轴向上截取直径为3mm的圆形薄片,厚度为50um,经电解双喷后,在透射电镜下观察试验钢的微观组织。


    试验钢管的初始组织如图所示,由铁素体和珠光体组成,并都有不同程度的拉长,并且存在一部分的带状组织,珠光体片层间距较大,如图所示,这与冷拉拔的变形有关。图为不同临界退火温度下,试验钢管的扫描(SEM)形貌。可见,不同临界退火温度热处理后的钢管组织均由铁素体和马氏体组成,各个组织中的马氏体体积分数随着温度的增加略有增加。通过观察各退火温度下的微观组织,临界退火温度较低时,铁素体中仍存在一定量的冷拔变形残余应力,一般表现为小角度晶界亚结构,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,当温度达到730℃时,试验钢的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,如图椭圆标注区域所示。当退火温度为750℃时,试验钢管微观组织中的铁素体和马氏体的晶粒都比700℃时细小,并且各个晶粒的尺寸都较为均匀。不同临界区退火温度下试验2205双相不锈钢管的拉伸曲线如图所示,由图可见,退火温度为700℃时,钢管在拉伸过程中出现了一个小的屈服平台,而另外两个温度的钢管拉伸曲线呈连续屈服的状态。详细的力学性能。可见随着退火温度的升高,试验钢管的抗拉强度升高,而屈服强度下降,加工硬化指数升高,而延伸率呈现了先降低后升高的趋势,在退火温度为750℃时,试验钢管的强塑积达到了最高的510MPa。


    由于试验2205双相不锈钢管的加热方式为中频感应加热,加热速度大于200℃/s,所以在加热过程中,由于冷拔产生的大量变形亚结构的恢复受到了很大程度的抑制,可以给铁素体再结晶和奥氏体形核提供更多的形核点和能量。所以,通过中频感应加热的方式可以使晶粒得到细化,但由于加热和冷却是连续进行的,所以保温时间较短,临界区退火温度直接决定退火是否完全。当退火温度为700℃时,冷拔亚结构未能完全消除掉,一方面没有使冷加工变形储能完全作为再结晶形核的驱动力,使铁素体再结晶和奥氏体形核不完全,而最终的铁素体和马氏体的晶粒尺寸均较大;另一方面会在二次加工变形的初期阻碍位错的滑移而提高钢管的屈服强度嘲。由图可见,双相不锈钢管的拉伸曲线中出现了一个小的屈服平台,造成了屈服强度较高。当退火温度升高至730℃时,铁素体晶粒几乎完成了完全的再结晶,但马氏体的晶粒尺寸并不均匀。造成该结果的原因,主要是由于在中频加热的过程中,铁素体的再结晶形核先于珠光体区域向奥氏体转化的过程,由于保温时间短,奥氏体晶粒长大不充分,造成了一部分的晶粒较小。晶粒的尺寸不均匀对拉伸变形造成了影响,故该温度退火后的钢管延伸率下降较大。当临界区退火温度为750℃时,由于温度的升高,给形核的长大提供了更多的驱动力,奥氏体形核的长大可以在较短时间内完成,故最终的组织完成了完全的退火并且晶粒尺寸均匀。


    由图可见,随着临界区退火温度的提高,马氏体的体积分数有所增加,其直接的作用就是提高了试验钢管的强度。不同退火温度下的加工硬化指数以和屈强比如图所示,试验钢管的加工硬化指数丹值也随着温度的升高而增大,屈强比随着温度的升高而降低,这表明试验钢管具有更好的成形性能。这首先取决于试验钢管具有均匀的晶粒尺寸,也因其具有连续屈服的特性,这是由于具有面心立方结构的奥氏体在冷却过程中发生马氏体相变,马氏体具有体心立方结构,相变过程产生了体积膨胀,在铁素体内部诱发了大量了可动位错,如图所示。在拉伸变形过程中,铁素体更加容易进入塑性变形状态,而细小弥散分布的马氏体可以抑制铁素体过分变形,使整个变形过程具有高的硬化状态。若临界区退火温度继续升高,则会提高马氏体的体积分数,钢管的抗拉强度会随之提高,但由于铁素体的体积分数的下降,塑性也会降低。所以,以2205双相不锈钢为原料通过中频感应加热的方式进行热处理的双相钢无缝管,以750℃作为其临界区退火温度时,铁素体和马氏体的体积配比较理想.马氏体的体积分数在40%左右,并且双向钢管的具有好的综合性能,强塑积达到510MPa。通过对2205双相不锈钢管进行中频感应加热和环形喷水冷却热处理,开发出具有高强塑性的双相钢无缝管,强塑积最高可达510MPa。将双相不锈钢管通过中频感应加热的方式加热至临界区退火,可以细化铁素体和马氏体晶粒,随着温度升高至750℃,两相组织晶粒尺寸均匀,并且达到了较好的体积配比,具有高强度和良好的成形性能。


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