双相不锈钢热变形过程晶粒细化的研究

摘要

双相不锈钢（Duplex Stainless Steel，简称DSS）作为不锈钢中一类特殊的钢材，因其具有双相组织，即奥氏体和铁素体，综合了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点，具有优异的耐腐蚀性能、高强度以及良好的韧性和焊接性，被广泛的应用于深海管道、石油化工、造船造纸等工业领域，已成为21世纪的主流钢种。 本文主要研究了一种双相不锈钢的成形特点，采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行了单道次热压缩实验，观察其高温变形过程中微观组织的演变，分析了变形温度和应变速率对流变应力的影响，对双相不锈钢在热变形过程中晶粒细化的机理进行了探讨。通过采用Z参数法构建了基于Arrhenius型双曲线正弦方程本构关系，计算结果与实验结果相一致。同时建立了基于动态材料模型和Prasad模型失稳准则的热加工图，用于分析不同变形参数在不同真应变范围内的功率耗散率及失稳范围，为双相不锈钢热加工工艺参数的确定提供指导依据。主要结论如下： （1）双相不锈钢热变形过程中存在动态软化机制。变形温度越高、应变速率越低，曲线越趋于平缓，稳态区域越长，动态软化机制越明显。变形温度较高时，组织内产生细小的奥氏体晶粒，且铁素体晶界逐渐弯曲，晶粒逐渐细化。应变速率较低时，组织内奥氏体含量增多，但由于铁素体承受大部分应变，不足以引起动态再结晶。随着应变速率的增大，促进动态再结晶的形成，且再结晶晶粒由于来不及回复及长大而被细化。 （2）建立了基于Arrhenius 型双曲线正弦本构关系式，通过对绝对误差和相关性分析后表明：实验值与预测值符合较好，该模型可以预测双相不锈钢热变形过程中不同变形参数下的流变应力。 （3）根据建立的热加工图获得双相不锈钢进行热加工时的最佳参数选择范围，该范围区域为非失稳区且能量耗散高，为系统提供组织演变的能量高，系统可以进行充分的动态回复和再结晶。

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