Mn对18%Cr节镍型双相不锈钢的大变形热压缩行为的影响研究

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双相不锈钢作为一种含有奥氏体和铁素体两种不同组织的特殊钢材,因为兼有奥氏体和铁素体两种不同组织的性能特点,所以常作为一种高性能材料应用于石油、海洋、化工以及造纸等行业。节镍型双相不锈钢通过添加Mn元素来降低Ni含量的添加,是一种生产成本相对较低的经济型双相不锈钢。因为Mn对钢中奥氏体的稳定机理以及对层错能影响的差异,导致不同Mn含量对材料热变形行为的影响也会有所差异。本文通过控制添加几种不同Mn元素的含量,对比研究了Mn对18%Cr节镍型双相不锈钢热压缩大变形行为的影响,为18%Cr低铬系列双相不锈钢的热加工工艺、锻造工艺和热挤压等提供必要可靠的理论依据。实验采用Gleeble-3800热模拟试验机对不同Mn含量的实验样品进行了热变形条件为1123~1423K/0.01~10s-1的热压缩实验。通过对其微观组织、热力学本构方程、再结晶动力学以及热加工图的分析可知:1.在低应变速率(0.01-0.1s-1)下,奥氏体再结晶效果良好。随着热压缩温度的升高,奥氏体晶粒逐渐由极细小的初生晶粒向大小均衡的等轴晶转变。当应变速率为10s-1时,奥氏体在低温情况下的再结晶效果不理想,随着Mn含量的添加,奥氏体在低变形温度下从部分再结晶向动态回复转变。铁素体在低温(1123-1223K)时再结晶效果良好,在温度相同的情况下应变速率对铁素体再结晶效果影响不大。2.对比热变形条件0.01s-1/1223K和0.1s-1/1123K条件下实验钢的大小旋转角度晶界以及取向角差异分布图发现,奥氏体在0.01s-1/1223K发生连续动态再结晶,晶粒细化效果良好。在0.1s-1/1123K条件下,铁素体再结晶细化晶粒效果良好。在0.01s-1/1223K条件下,高Mn含量(8.97%)的实验钢奥氏体相中的3孪晶含量高于低Mn含量(5.77%)的实验钢。3.Mn含量从3.12%增加到5.77%,实验钢的热变形激活能从423.67 kJ/mol增加到548.28kJ/mol,增加了29.4%。随着Mn含量的进一步提高至8.99%,热变形激活能有所回落,变成514.29 kJ/mol。所以Mn含量过高对实验钢的整体而言,会导致热变形激活能提高,增加材料的变形难度。4.分析对比三种不同Mn含量实验钢的再结晶临界条件发现,Mn元素从3.12%提高到8.97%时,在低应变速率(0.01s-1)的1223-1323K变形温度下,临界应变(εc)随着Mn含量的增加而增加。即是,在低应变速率下,在一定程度上Mn含量的增加会延迟再结晶的发生。而在高应变速率10s-1时,热变形温度为1123K和1423K,εc随着Mn含量的增加,先增加再减少。5.Mn的添加有利于实验钢热加工过程中安全区域的扩大,在3.12%Mn实验钢的热加工图中发现,最佳加工区域随着形变的增加逐渐从中温低应变速率区向高温中应变速率区转变。而在含量相对较高的5.77%Mn和8.97%Mn钢中,理想加工区域一直集中在高温低应变速率和高温高应变速率区,且随着应变的增加,形变量较大的时候主要集中在高温低应变速率区。另外,在相同的应变下,功率耗散因子的最大值随着Mn含量的增加先减小后增大。
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