SAF2205不锈钢管加工变形量对的组织和性能的影响

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SAF2205不锈钢管加工变形量对的组织和性能的影响

SAF2205不锈钢管加工变形量对的组织和性能的影响

来源:双相不锈钢发布:2020-03-12 01:05:40类别:双相不锈钢

  浙江至德钢业有限公司将2205不锈钢管试样加热到1200℃、保温2小时,分别以不同的变形量约为30%、50%、60%在200千克空气锤上进行锻打,发生30%的变形量需要经过4道次的变形,50%的变形量需要6道次的变形,每道次的变形量如表所示,60%的变形量需要8道次的变形,每道次的变形量如表所示,锻打结束后水冷。表中第一行变形量是测定当时的尺寸为基准计算的,而总变形量是以试样原始尺寸为基准计算的,所以每道次变形量的叠加大于总变形量。如果每次的变形量都以原始尺寸为基准计算变形量,则每道次的变形量之和正好等于总变形量。30%的变形量经4道次变形,则每次平均变形量为7.5%,50%的总变形量,分6道次变形则每道次平均变形量为8.3%,60%的变形量,分8道次变形则每道次平均变形量为7.5%。从表中数据可知,尽管开始每道次变形量相对大些,但与平均变形量的差值不大,且三种不同总变形量,采用4、6、8道次变形的工艺后,每道次变形量基本相近,使得后续的组织和性能的变化有了可比性。即可较好的分析和研究,每道次的变形量基本相等的条件下,总变形量对组织和性能的影响规律。

  


一、变形量对2205不锈钢管试样力学性能的影响


  根据国家标准GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法,将2205不锈钢管试样加工成圆形横截面比例试样,其试样尺寸如图所示。为了减少误差,相同变形工艺做出3个拉伸试样,取平均值,由下图不同变形量的轴向试样室温力学性能可知,随着变形量的增加,抗拉强度和塑性都有所升高,轴向试样的室温抗拉强度由730MPa增大到770MPa,延伸率由32%增大到35%。高温变形量增加,试样的力学性能得到提高。其原因可通过下节的组织分析得到解释。



二、变形量对2205不锈钢管试样组织的影响


   如图是不同变形量轴截面试样的室温金相组织,随着变形量的增加,晶粒明显细化,并且在晶粒中孪晶数量在增加,分析孪晶形成与钢中两相的关系,容易发现孪晶主要集中在双相钢中灰白色的岛状组织奥氏体相中。表明高温下塑性变形时,面心立方的奥氏体相相对较硬,可开动的滑移系较少,相对容易以孪生方式发生塑性变形。对金相组织用相应软件进行两相相对含量的统计计算得出,随着变形量的增加,铁素体含量上升,变形量为30%组织中铁素体的含量为60.8%,变形量分别为50%、60%组织中铁素体含量各为63.5%、66.4%。并且在高温塑性变形过程中,当变形量较小时,即变形量约为30%时,奥氏体相中只有少量的变形孪晶,说明此时塑性变形主要以滑移为主。随着变形量的增大,当变形量为50%时,在奥氏体相中出现大量的变形孪晶,说明此时的变形机制为滑移和孪生。当变形量为60%时,奥氏体中的孪晶越来越多。

 

   根据公式得出,随着晶粒度d的减小,使得强度σs增大。图中,当变形量为30%时,铁素体和部分奥氏体晶粒尺寸d超过了100um,当变形量为50%时,晶粒尺寸小于100um,由于晶粒尺寸的减小,使得抗拉强度增加,而当变形量为60%时,晶粒尺寸减小的倾向变小,抗拉强度由763MPa增大到770MPa,由图所示,曲线的斜率减小。根据2205不锈钢管的化学成分及Schaeffler公式,以铬当量和镍当量为横坐标,以自由能为纵坐标,可近似作二元分析,其自由能曲线如下图所示。


   在未变形时,合金成分为χb,在某一变形温度下存在两个稳态相δ相和γ相,如图中实线所示,依据相平衡的准则:组元在各平衡相的化学势相等。作两相自由能的公切线可得到δ相和γ相各自的成分为χδ=χa,χγ=χc,此时δ相和γ相的相比例可根据杠杆原理得到。在高温塑性变形过程中,双相不锈钢SAF2205热变形区域处于两相区,面心立方结构的奥氏体相和体心立方结构的铁素体相由于层错能的不同,在高温塑性变形时的变形行为不同。体心立方结构的铁素体层错能较高,变形软化主要通过应变时的动态回复实现,而面心立方结构的奥氏体层错能较低,其软化主要靠动态再结晶完成。

 

  双相不锈钢SAF2205在高温塑性变形时,基体相铁素体为软相,高温变形时可沿晶面滑移,故其滑移系共有48个滑移系可开动滑移,变形首先在该相中进行,随着变形量的增加,应变在奥氏体相中也逐渐积累。由于铁素体相易发生动态回复而得以较快的软化,故铁素体内的变形存储能较少,自由能变化较小,而奥氏体层错能较低,不易发生动态回复,奥氏体晶粒内逐渐积累了越来越多的变形量,并产生了大量的变形孪晶,从而使奥氏体晶粒内积累了越来越多的变形存储能,使奥氏体自由能升高,如上图中虚线所示,而铁素体自由能可以近似认为不变。根据两相平衡的准则及杠杆原理,可以得到在奥氏体自由能增加的情况下,两相平衡时δ相和γ相两相比例为χ,相对未变形时,铁素体含量增加,奥氏体含量减少,在高温塑性变形时,基体组织中发生γ→δ相变。


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